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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Fühleinheit zur Verwendung bei der Fernmessung
des Wärmeverbrauches an verschiedenen Verbrauchsstellen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 sowie eine Einrichtung zum Messen des Wärmeverbrauches an einer Vielzahl
von Verbrauchsstellen unter Verwendung derartiger Fühleinheiten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 13.
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In der DE-OS 30 10 738 ist eine Einrichtung zur Messung des Wärmeverbrauches
an verschiedenen Verbrauchs stellen beschrieben, bei der die verschiedenen Fühleinheiten
über getrennte Signalleitungen mit einem der zentralen Auswerteeinheit vorgeschalteten
Meßstellenumschalter verbunden sind. Die Verlegung einer getrennten Signalleitung
zu einer jeden der Meßstellen bedeutet aber einen erheblichen baulichen Aufwand,
insbesondere bei der Nachrüstung von Wärmeverbrauchsmeßeinrichtungen an Altbauten.
Da zudem in vielen Heizungsanlagen die verschiedenen Heizkörper über eine Ringleitung
und nicht über gesonderte Vorlauf- und Rücklaufleitungen versorgt werden, wäre es
auch aus diesem Grunde vorteilhaft, wenn man die Signalübertragung zwischen den
einzelnen Fühleinheiten und der zentralen Auswerteeinheit durch eine einfache Ringleitung
vornehmen könnte, welche man dann einfach zusammen mit der Wasser-Ringleitung verlegen
könnte.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Fühleinheit gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß mehrere derartige
Fühleinheiten an eine gemeinsame Signalleitung (Signalbus) angeschlossen werden
können und trotzdem deren Ausgangssignale von der Auswerteeinheit unterschieden
werden können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Fühleinheit gemäß
Anspruch 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Fühleinheit werden die der Meßstellentemperatur
und damit dem Wärmeverbrauch an der Meßstelle zugeordneten Ausgangs signale in einer
für die betrachtete Fühleinheit charakteristischen Phasenlage zu einem Startsignal
abgegeben, welches über die gemeinsame Signalleitung gleichzeitig an alle Fühleinheiten
von der Auswerteeinheit her überstellt wird. Die Auswerteeinheit kann dann die nacheinander
bei ihr ankommenden Ausgangssignale der Fühleinheiten gemäß deren Aufeinanderfolge
den verschiedenen Fühleinheiten zuordnen.
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Diese Art der Fernmessung des Wärmeverbrauches an verschiedenen Verbrauchs
stellen hat nicht nur den Vorteil einer einfachen und preisgünstigen Verkabelung,
man kann so auch auf einfache Weise von der Auswerteeinheit her vorgeben, wie oft
Meßsignale übertragen werden sollen, da jeder MeBzyklus durch ein von der Auswerteeinheit
abgegebenes Startsignal eingeleitet wird. Infolge der verhältnismäßig großen thermischen
Trägheit von Heizkörpern und der nur langsamen Änderung von Raumtemperaturen wird
es in der Regel meht als ausreichen, bei der Wärmeverbrauchsmessung von Heizanlagen
die momentanen Temperaturverhältnisse im Abstand von einigen Sekunden oder Minuten
festzustellen. Dies bedeutet, daß für den größten Teil der Zeit keine Meßsignale
von den einzelnen Fühleinheiten zu der zentralen Auswerteeinheit übertragen zu werden
brauchen, was im Hinblick auf ein langes Auskommen mit einem Batteriesatz oder einer
Akkumulatorenladung von Vorteil ist.
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Die vorgenannten Vorteile werden schon durch zusätzliches Vorsehen
einer nur geringen Anzahl von Standard-Schaltkreisen in den einzelnen Fühleinheiten
erhalten, so daß die Kosten einer solchen Fühleinheit nicht spürbar steigen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter ansprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird es bei sehr
geringem baulichen Aufwand möglich, die Zeitkonstante der monostabilen Kippstufe
präzise auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Dabei wird zugleich eine Rasteranpassung
der Zeitkonstanten an die Schnelligkeit des eigentlichen Meßprozesses erhalten.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht,
daß die Meßsignale in den einzelnen Fühleinheiten abgesehen von temperaturdifferenzbedingten
Phasenschwankungen synchron anfallen. Dies erlaubt es, die einzelnen Meßsignalimpulse
der verschiedenen Fühleinheiten mit großem Abstand aufeinanderfolgen zu lassen,
was im Hinblick auf eine billige, da langsam arbeitende Auswerteschaltung von Vorteil
ist. Zugleich kann man aber auch die Meßsignalimpulse der einzelnen Fühleinheiten
ineinander verschachteln, so daß die Gesamtdauer eines Meßzyklus trotzdem klein
bleibt.
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l Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 läßt sich
auf einfache Weise die Phasenlage der Meßsignalimpulse der einzelnen Fühleinheiten
bezüglich des Startsignalimpulses vorgeben. Der gleiche Vorteil wird bei einer Fühleinheit
gemäß Anspruch 5 erhalten.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist es möglich,
den Festwertspeicher noch auf der Baustelle durch mechanisches Bearbeiten auf die
der jeweiligen Verbrauchsmeßstelle zuzuordnende Zahl einzustellen, welche die Phasenlage
der MeBsignale bezüglich des Startsignalimpulses vorgibt. Es ist auch leicht möglich,
die an dem Festwertspeicher eingestellte Zahl rein visuell zu kontrollieren, da
die unzerstörten und zerstörten Leiter direkt eine grafische Darstellung dieser
Zahl im Binärcode wiedergibt.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird bei Ausführung
der selektiv zerstörbaren Leiter als Leiterbahnen gewährleistet, daß bei der Zerstörung
einer Leiterbahn nicht unbeabsichtigt auch die danebenliegende Leiterbahn zerstört
wird.
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Bei einer Fühleinheit gemäß Anspruch 8 läßt sich der Festwertspeicher
sehr einfach unter Verwendung eines Seitenschneiders oder dergleichen einstellen.
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Den gleichen Vorteil erhält man bei einer Fühleinheit gemäß Anspruch
9 durch Abfeilen der Leiterbahnabschnitte bei den Kuppen der konvex gekrümmten Oberflächenabschnitte.
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Bei einer Fühleinheit gemäß Anspruch 10 stellen die Schultern zwischen
benachbarten konvexen Oberflächenabschnitten des Stecksockels Anschläge für die
zum Abfeilen der Leiterbahnen verwendete Pfeile dar, womit wiederum ein unbeabsichtigtes
Zerstören einer benachbarten Leiterbahn ausgeräumt ist.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ist im Hinblick
auf ein besonders einfaches Abfeilen der Kuppen der Leiterbahnen auch unter Verwendung
einer breiteren Feile von Vorteil.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 wird erreicht,
daß die einzelnen Fühleinheiten nicht mit einer eigenen Batterie oder einem eigenen
Akkumulator ausgestattet zu werden brauchen. Es müssen also in den einzelnen Räumen
keinerlei Wartungsarbeiten vorgenommen werden; die gesamte Ablesung des Wärmeverbrauches
und ggf. das Austauschen von Batterien oder das Wiederaufladen oder Ersetzen von
Akkumulatoren kann bei der außerhalb der einzelnen Wohneinheiten liegenden zentralen
Auswerteeinheit erfolgen.
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Eine aufwendigere Verkabelung ist hierzu nicht notwendig.
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Mit einer Einrichtung gemäß Anspruch 13 ist bei sehr geringem baulichen
Aufwand eine präzise zeitliche Auflösung des Abstandes aufeinanderfolgender Meßsignalimpulse
der Fühleinheiten möglich. Die Meßsignalimplse werden einfach dazu verwendet, den
jeweiligen Zählerstand einer Digitaluhr in einen Arbeitsspeicher einzulesen, wobei
die Adresse der übernehmenden Speicherzelle ebenfalls bei Erhalt eines Meßsignalimpulses
automatisch erhöht wird. Nach Erhalt sämtlicher Meßsignalimpulse für einen Meßzyklus
kann dann unter Verwendung einer Rechenschaltung leicht der momentane Wärmeverbrauch
an einer Verbrauchsstelle berechnet werden, wobei die Rechenschaltung einfach den
Zeitunterschied zwischen den mindestens zwei aufeinanderfolgenden Meßsignalimpulsen
einer Fühleinheit der Wärmeverbrauchsberechnung zugrunde legt.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird erreicht,
daß die einzelnen Fühleinheiten nur dann arbeiten, wenn auch Meßergebnisse von ihnen
erwartet werden. Zugleich ist sichergestellt, daß die volle Speisespannung schon
an den einzelnen Bauelementen der Fühleinheiten aufgebaut ist, wenn der eigentliche
Meßzyklus beginnt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Figur
1: ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung des Wärmeverbrauches an verschiedenen
Heizkörpern einer Heizanlage; Figur 2: ein Schaltbild einer der Fühleinheiten der
Einrichtung nach Figur 1:
Figur 3: ein Schaltbild einer abgewandelten
Ausführungsform einer Fühleinheit für die Einrichtung nach Figur 1; Figur 4: ein
Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung des Wärmeverbrauches an verschiedenen
Heizkörpern, in welchem auch Einzelheiten der Auswerteeinheit wiedergegeben sind;
Figur 5: ein Schaltbild einer Fühleinheit der Einrichtung nach Figur 4; Figur 6:
eine grafische Darstellung, in welcher der zeitliche Verlauf verschiedener Signale
in der Fühleinheit nach Figur 5 wiedergegeben ist; Figur 7: eine vergrößerte Ansicht
des durch den Kreis VII eingerahmten Signalabschnittes von Figur 6; Figur 8: eine
perspektivische Darstellung eines Programmierbausteines, welcher zusammen mit einem
Spannungsteilernetzwerk einen programmierbaren Festwertspeicher zur Verwendung in
der Fühleinheit nach Figur 5 bilden kann; Figur 9: ein Schaltbild eines programmierbaren
Festwertspeichers, welcher den Programmierbaustein nach Figur 8 enthält; und Figur
10: eine abgewandelte Fühleinheit zur Verwendung in der Einrichtung nach Figur 4.
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Figur 1 zeigt schematisch eine Anlage zum Messen des rNärmeverbrauches
in verschiedenen Räumen eines Gebäudes, die von einer gemeinsamen Heizzentrale her
beheizt werden. Zur Messung der Temperatur der einzelnen Heizkörper und der
Raumtemperatur
in den verschiedenen Räumen sind Fühleinheiten 14-1, 14-2, 14-3 usw. vorgesehen,
und die verschiedenen Fühleinheiten sind über Leiter 16, 18, die eine gemeinsame
Signalleitung bilden, mit einer zentralen Auswerteeinheit 20 verbunden.
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Bezüglich der Signalübertragung zur Auswerteeinheit und bezüglich
des Arbeitens einer Fühleinheit macht es keinen Unterschied, ob die jeweilige Fühleinheit
zur Messung der Raumtemperatur oder zur Messung der Heizkörpertemperatur dient.
Ein solcher Unterschied in der Funktion der Fühleinheiten ergibt sich erst bei der
rechnerischen Verarbeitung der übertragenen Meßsignale in der Auswerteeinheit 20,
welche hier nicht weiter interessiert.
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Figur 2 zeigt Einze-lheiten einer ersten Ausführungsform für die Fühleinheiten
14. Von den Leitern 16 und 18 ist nur der Leiter 16 wiedergegeben; der Bezugspotentialleiter
ist der besseren Ubersichtlichkeit halber weggelassen.
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Eine Anschlußklemme 22 der Fühleinheit 14 ist mit einem Eingang eines
UND-Gliedes 24 verbunden. Dessen Ausgang ist direkt mit dem Setzeingang S einer
bistabilen Kippschaltung 26, über ein Laufzeitglied 26 mit der Verzögerungszeit
zl mit der Rückstellklemme R der bistabilen Kippschaltung 26 und über ein zweites
Lauf zeitglied 30 mit einer einstellbaren Verzögerungszeit I 2mit dem Setzeingang
S einer weiteren bistabilen Kippschaltung 32 verbunden.
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Der "0"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 26 ist mit dem zweiten
Eingang des UND-Gliedes 24 verbunden, und der "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung
32-ist mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 34 verbunden. Dessen zweiter Eingang
ist mit dem Ausgang eines Temperaturfühlers 36 verbunden, der ein gemäß der Meßstellentemperatur
frequenzmodulier-
tes Ausgangssignal in Form einer abstandsmodulierten
Impuls folge bereitstellt.
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Der Ausgang des UND-Gliedes 34 ist über eine Diode 38 mit der Anschlußklemme
22 verbunden. Mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes 34 ist ferner die Zählklemme
eines Zählers 40 verbunden, dessen Uberlaufklemme mit dem Rückstelleingang R der
bistabilen Kippschaltung 32 verbunden ist.
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Das Laufzeitglied 30 der verschiedenen Fühleinheiten 14 ist jeweils
so eingestellt, daß seine Zeitkonstante größer ist als die Zeitspanne zwischen einem
von der Auswerteeinheit 20 auf die Anschlußklemme 22 gegebenen Startimpuls und dem
über laufen des Zählers 40 bei der vorhergehenen Fühleinheit plus einer Sicherheitszeitspanne.
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Die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Anlage
zur Messung des Kärmeverbrauches arbeitet folgendermaßen: Mit dem Erhalt eines Startsignales
von der Auswerteeinheit 20 an der Anschlußklemme 22 wird das UND-Glied 24 durch
schaltet, da die bistabile Kippschaltung 26 zu Ende des vorhergehenden Meßzyklus
zurückgesetzt wurde. Nun wird die bistabile Kippschaltung 26 gesetzt und weitere
Impulse auf der Leitung 16 werden abgeblockt, bis nach Ablauf der Verzögerungszeit
z1 die bistabile Kippschaltung 26 wieder zurückgesetzt wird. Die Zeit t1 ist grob
gesprochen gleich oder größer als diejenige Zeitspanne, welche man durch Multiplizieren
der Zeit, über welche hinweg von den Fühleinheiten Meßsignalimpulse abgegeben werden,
mit der Anzahl der Fühleinheiten erhält. Nach Erhalt des Startimpulses stellt zunächst
die auf die kleinste Zeitspanne 5 eingestellte Fühleinheit 14 die durch die Auslegung
des Zählers 40 vorgegebene Anzahl von Meßsignalimpulsen auf der Signalleitung be-
reit,
welche sogleich von der Auswerteeinheit 20 übernommen werden. Die Zeitkonstante
g2 der nächsten Fühleinheit ist so eingestellt, daß diese ihren Meßsignalimpulszug
erst dann sendet, wenn der Meßsignalimpulszug der ersten Fühleinheit beendet ist.
Auf diese Weise senden die verschiedenen Fühleinheiten aufeinanderfolgende Meßsignalimpulsgruppen,
die so von der Auswerteeinheit 20 wieder den einzelnen Fühleinheiten zugeordnet
werden können. Nach Übermittlung der Meßsignalimpulsgruppen sämtlicher Fühleinheiten
läuft dann früher oder später die Zeitspanne t1 ab, und die Fühleinheiten 14 werden
nun durch Zurücksetzen der bistabilen Kippschaltung 26 wieder für die Entgegennahme
eines neuen Startsignalimpulses von der Auswerteeinheit 20 her bereitgemacht.
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Die in Figur 3 wiedergegebene abgewandelte Fühleinheit 14' unterscheidet
sich von der Fühleinheit 14 nach Figur 2 bezüglich der Ausbildung des Temperaturfühlers
36 und bezüglich der Anordnung des einstellbaren Laufzeitgliedes 30. Im übrigen
ist der Aufbau gleich und wird insoweit nicht noch einmal beschrieben.
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Der Temperaturfühler 36' besteht aus einem hochfrequenten Fühlelement
mit verhältnismäßig kleinem Temperaturgang der Signalfrequenz, nämlich einem auf
Temperaturgang der Schwingungsfrequenz geschnittenen Schwingquarz 42 (Frequenzänderung
etwa 40 ppm/O) und einem nachgeschalteten Frequenzteiler.
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44, der die Schwingungsfrequenz des Quarzes auf eine verhältnismäßig
niedere Frequenz von beispielsweise 4 Hz herunterteilt. Dabei beträgt die Impulslänge
nur einen geringen Bruchteil der Periode, z.B. 0,5 ms. Man kann somit den Einstellbereich
der Verzögerungszeit des Laufzeitgliedes 30 recht klein wählen, nämlich bei dem
hier gegebenen Zahlenbeispiel zwischen 1 ms und 248 ms.(Rest auf 250 ms = Sicherheitszeitspanne)
und kann nun die aufeinanderfolgenden Meßimpulse der verschiedenen Fühleinheiten
14' im 1 ms-Abstand
zeitlich ineinander verschachteln, wie später
unter Bezutgnahme auf Figur 7 für ein abgewandeltes, analoges Ausführungsbeispiel
noch genauer beschrieben wird.
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Auf diese Weise lassen sich also 248 Wärmeverbrauchsmeßstellen an
die Leiter 16 und 18 anschließen, was auch für recht große Gebäude ausreichend ist,
und die Temperaturmessung erfolgt trotzdem mit einer Frequenz von 4 Hz, also in
verglichen mit der Wärmeträgheit der Heizkörper kurzen Zeitabständen. Bei weiterem
Herabsetzen der Meßfrequenz durch Vergrößern des Frequenzteilers 44 läßt sich die
Anzahl der anschließbaren Meßstellen leicht noch weiter erhöhen.
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Zusammen mit der Fühleinheit 14' wird eine Auswerteeinheit verwendet,
welche den zeitlichen Abstand der von einer Fühleinheit abgegebenen Impulse mit
einer der Temperaturdrift der Meßsignale und der gewünschten Genauigkeit der Verbrauchsmessung
angemessenen Genauigkeit auswertet. Da der zeitliche Abstand der aufeinanderfolgend
von einer Fühleinheit abgegebenen Impulse groß ist, braucht der entsprechende Teil
der Auswerteeinheit trotz hoher Auflösung nicht schnell zu arbeiten. Die Auswerteeinheit
läßt sich daher aus kostengünstigen, langsam arbeitenden Schaltelementen aufbauen.
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In Figur 4 ist eine Auswerteeinheit gezeigt, die unter geringer Abwandlung
zur Verwendung mit Fühleinheiten 14' nach Figur 3 verwendbar ist, Sie ist jedoch
in Figur 4 über zugleich eine Signalleitung und eine Speiseleitung bildende Leiter
48, 50 mit einer Vielzahl praktisch identisCh aufgebauter Fühleinheiten 52-1 - 52-4
usw. verbunden, unter denen wiederum sowohl wärmeleitend mit den Heizkörper verbundene
Fühleinheiten als auch Raumtemperatur-Fühleinheiten sind. Einzelheiten der Fühleinheiten
52 werden später unter Bezugnahme auf Figur 5 im einzelnen beschrieben.
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Zur Auswerteeinheit 46 gehört eine Gleichspannungsquelle 54, welche
die Betriebsspannung für die verschiedenen Fühleinheiten 52 bereitstellt, welche
selbst keine eigene Batterie enthalten.
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Zur Steuerung der Abfolge der Meßzyklen und der verschiedenen Schritte
innerhalb eines Meßzyklus weist die Auswerteeinheit 46 einen freilaufenden hochfrequenten
Taktgeber 56, z.B. einen temperaturunabhängig arbeitenden Schwingquarz mit nachgeschaltetem
Vorteiler, und einen mit dem Ausgangs signal des Taktgebers 56 beaufschlagten Frequenzteiler
58 auf. Letzterer hat eine Mehrzahl von Ausgangsklemmen, an welchen zunehmend stark
heruntergeteilte Signale bereitgestellt werden.
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Das Ausgangssignal des Taktgebers 56 hat eine Frequenz von einigen
kHz, so daß man bei Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Meßsignalimpulsen der
Fühleinheiten von wiederum 250 ms einen Unterschied von 1 ppm im Impulsabstand leicht
an der Anzahl der zwischen diesen Impulsen vom Taktgeber 56 abgegebenen Referenzimpulse
erkennen kann.
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Die Ausgangsklemme des Frequenzteilers 58 steuert über eine schnelle
monostabile Kippstufe 60 den Setzeingang S einer bistabilen Kippschaltung 62 und
den Rückstelleingang R einer weiteren bistabilen Kippschaltung 64 an. Der "1"-Ausgang
der bistabilen Kippschaltung 62 ist mit der Einschaltklemme der steuerbaren Gleichspannungsquelle
54 verbunden.
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Der Setzeingang der bistabilen Kippschaltung 64 ist mit einer hochfrequenten
Ausgangsklemme des Frequenzteilers 58 verbunden. Ihr Rückstelleingang erhält ebenfalls
das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 60. Der Rückstelleingang der bistabilen
Kippschaltung 62 ist mit einer Ausgangsklemme des Frequenzteilers 58 verbunden,
an welcher eine niederere Frequenz bereitgestellt wird als an der mit dem Rückstelleingang
der
bistabilen Kippschaltung 64 verbundenen Ausgangsklemme.
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Der "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 64 beaufschlagt über
eine schnelle monostabile Kippstufe 66 die Steuerklemme eines Startsignalgenerators
68, eine Voreinstellklemme P eines Rechners 70 und die Rückstellklemme R eines Zählers
72.
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Letztere erhält die Ausgangsimpulse des Taktgebers 56 über ein UND-Glied
73, welches mit zwei weiteren Eingängen an die "1"-Ausgänge der bistabilen Kippschaltungen
62 und 64 anoeschlossen ist.
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An die Leiter 48, 50 ist ferner ein Signaldetektor 74 angeschlossen,
der immer dann an seinem Ausgang einen Aktivierungsimpuls an eine Meßklemme M des
Rechners 70 abgibt, wenn der Signalpegel auf den Leitern 48 und 50 von dem von der
Gleichspannungsquelle 54 normalerweise bereitgestellten Spannungswert abweicht.
Entsprechende Meßsignalimpulse werden von den Fühleinheiten 52 dadurch erzeugt,
daß sie die Leiter 48, 50 kurzzeitig kurzschließen. Ähnlich erzeugt auch der Startimpulsgenerator
68 ein Startsignal in Form eines kurzfristigen Kurzschlusses zwischen den Leitern
48 und 50.
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Wie aus Figur 5 ersichtlich, hat eine Fühleinheit 52 jeweils zwei
Anschlußklemmen 76, 78, welche mit den die Signalleitung bildenden Leitern 48 und
50 verbunden sind. Die auf den Leitern 48 und 50 stehende Spannung lädt über eine
Diode 80 einen Speicherkondensator 82 auf. Dieser speist über einen Widerstand 84
Versorgungsklemmen 86 t 88, von welchen aus die verschiedenen Bauelemente der Fühleinheit
mit Strom versorgt werden. Über die Versorgungsklemmen 86 und 88 ist zur Spannungsbegrenzung
eine Zenerdiode 90 geschaltet. Die vorgenannten Bauelemente bilden so einen Versorgungskreis
92, der die Energieversorgung der verschiedenen Bauelemente auch für die Zeitspannen
sicherstellt, in denen zur Informationsübermittlung die Leiter 48, 50 sei es durch
den Startsignal-
generator 68 sei es durch eine der Fühleinheiten
52 kurzgeschlossen werden.
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Zum letztgenannten Kurzschließen weisen die Fühleinheiten 42 jeweils
einen vor der Diode 80 angeordneten, über die Anschlußklemmen 76 und 78 geschalteten
Signalgenerator 94 auf, welcher aus der Reihenschaltung eines normalerweise sperrenden
Transistors 96 und einem Widerstand 98 besteht.
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Die Basis des Transistors 96 ist mit einem Fühlerkreis 100 verbunden,
der von der Funktion und teilweise auch vom Aufbau her weitgehend der Fühleinheit
14' nach Figur 3 entspricht.
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Die Anschlußklemme 78 ist über einen Inverter 102 mit dem einen Eingang
eines UND-Gliedes 104 verbunden. Dessen Ausgang ist mit den Rückstellklemmen von
Frequenzteiledbildenden Zählern 106 - 114 sowie mit der Rückstellklemme einer bistabilen
Kippschaltung 116 verbunden. Die Zähler 106 - 114 bilden zusammen eine Zählerkette,
welche Zählimpulse von einem Temperaturfühler 118 enthält, der aus einem temperaturabhängig
geschnittenen Schwingquarz 120 und der zugeordneten Betriebsschaltung 122 besteht.
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Der Zähler 106 ist ein Vorteiler, welcher die Quarzfrequenz auf größenordnungsmäßig
einige kHz herunterteilt. Der Zähler 108 ist auf einen gewünschten Wert vorsetzbar,
d.h. er übernimmt bei Signalbeaufschlagung seiner Rückstellklemme R einen Zähleranfangsstand
aus einem mit ihm verbundenen Festwertspeicher 124. Die Zähler 110, 112 und 114
sind jeweils einstellige binäre Zähler.
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Der Ausgang des Zählers 110 stellt über eine schnelle monostabile
Kippstufe 125 die für die Meßtemperatur charakteristischen Meßsignalimpulse bereit,
die auf einen Eingang eines UND-Gliedes 126 gegeben werden. Ein zweiter Eingang
des letz-
teren ist über einen Inverter 128 mit dem Ausgang des
Zählers 114 verbunden. Die Zähler 112 und 114 bilden so zusammen mit dem Inverter
128 und dem UND-Glied 126 eine spezielle Sperrschaltung, welche nur die ersten beiden
auf sie gegebenen Impulse durchläßt, nicht aber einen dritten und vierten Impuls.
Damit auch weitere Impulse nicht auf den Ausgang des UND-Gliedes 126 durchgeschaltet
werden, ist der Ausgang des Zählers 114 mit dem Rückstelleingang der bistabilen
Kippschaltung 116 verbunden, und deren "0"-Ausgang ist mit einem dritten Eingang
des UND-Gliedes 126 verbunden. Der "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 116
ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gliedes 104 verbunden.
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Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, wird am Ausgang des UND-Gliedes 126
das Steuersignal zum Durchschalten des Transistors 96 bereitgestellt.
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Die Fühleinheiten 5.2-1 - 52-4 usw. unterscheiden sich nur bezüglich
der Voreinstellung ihres Festwertspeichers 124.
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Ein Programmieren des Festwertspeichers 124 auf eine hohe Zahl führt
zu einem raschen überlaufen des Zählers 108 und damit dazu, daß die beiden Zählimpulse
pro Meßzyklus vom UND-Glied 126 verhältnismäßig rasch nach Erhalt des Startimpulses
von der Auswerteeinheit abgegeben werden. Ist der Festwertspeicher 124 dagegen auf
eine kleine Zahl eingestellt, so muß erst der Zähler 108 aufgefüllt werden, bevor
der Zähler 110 den ersten Impuls erhält. Der Zähler 108 bildet scmit zusammen mit
dem zugeordneten Festwertspeicher 124 eine Art Laufzeitglied, welches dem Laufzeitglied
30 nach Figur 2 vergleichbar ist.
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Die obenstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 beschriebene
Anlage zum Messen des Wärmeverbrauchs in verschiedenen beheizten Räumen eines Gebäudes
arbeitet folgendermaßen:
Der Beginn eines Meßzyklus fällt mit dem
Oberlaufen des' Zählers 58 der Auswerteeinheit 46 zusammen. Nun wird die Gleichspannungsquelle
54 eingeschaltet, und kurze Zeit später wird die bistabile Kippschaltung 64 gesetzt.
Hierdurch wird der Startsignalgenerator 68 zur Abgabe des dem betrachteten Meßzyklus
zugeordneten Startsignales gebracht.
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Das Startsignal wird von allen Fühleinheiten 52 gleichzeitig empfangen.
Zum gleichen Zeitpunkt werden also sämtliche Zähler 106 - 114 und die bistabile
Kippschaltung 116 der Fühleinheiten 52 zurückgesetzt und der Zähler 108 beginnt
vom übernommenen Ausgangsstand hochzuzählen. Nach einer gewissen Zeit gibt diejenige
Fühleinheit 52, deren Festwertspeicher 124 auf die höchste Zahl eingestellt ist,
über das UND-Glied 126 den ersten Ausgangsimpuls des Zählers 110 auf den Transistor
96, da die bistabile Kippschaltung 116 zu diesem Zeitpunkt zurückgesetzt ist und
am Ausgang des Zählers 114 noch kein Signal erhalten wurde. Das-Ansteuern des Transistors
96 führt zum ersten Kurzschluß zwischen den Leitern 48, 50, und dieser Kurzschluß
wird vom Signaldetektor 74 festgestellt, und ein mit dem Ausgangssignal des Signaldetektors
74 beaufschlagter Adressierkreis 130 stellt die unterste Adresse eines Arbeitsspeichers
132 des Rechners 70 ein. Dieser lädt nun zugleich über sein Eingabe/Ausgaberegister
136 den momentanen Zählerstand des Zählers 72 in die erste Speicherzelle des Arbeitsspeichers
132. Der Zählerstand des Zählers 72 ist direkt ein Maß für die seit Abgabe des Startsignalimpulses
verstrichene Zeit.
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Eine andere Fühleinheit hat in ihren Festwertspeicher 124 eine Zahl
einprogrammiert, welche das Auf füllen des Zählers 108 gegenüber dem Auffüllen des
Zählers 108 der ersten Fühleinheit um etwas mehr als diejenige Zeitspanne verzögert,
die von der ersten Fühleinheit zur Abgabe eines MeBsignalimpulses benötigt wird.
Diese Verzögerungszeit kann z.B.-
auf die doppelte Breite eines
Meßsignalimpulses eingestellt sein. Nun gibt diese zweite Fühleinheit ihren ersten
Meßsignalimpuls auf die Leiter 76 und 78 ab, und der Rechner 70 speichert nun in
die zweite Speicherzelle seines Arbeitsspeichers 132 den momentanen Stand des Zählers
72 ein.
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Ähnlich erfolgt nun in geringen zeitlichen Abständen die Abgabe des
ersten Meßsignalimpulses durch alle anderen Fühleinheiten. Erst hernach wird am
Ausgang des Zählers 110 der ersten Fühleinheit wieder ein Meßsignalimpuls abgegeben,
der wie oben beschrieben von dem Rechner verarbeitet wird. Hierauf folgen sämtliche
zweiten Meßsignalimpulse der anderen Fühleinheiten 52.
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Die Meßsignalimpulse auf den Leitern 48 und 50 werden durch die von
der bistabilen Kippschaltung 116 her gesperrten UND-Glieder 104 abgeblockt, so daß
die Zähler 106 - 114 durch sie nicht beeinflußtwerden können. Der von den Zählern
110 abgegebene dritte und vierte Impuls wird von den UND-Gliedern 126 abgeblockt,
da nun ein Ausgangssianal am Zähler 114 erhalten wird. Nach Abgabe des dritten Impulses
vom Zähler 110 wird so auch die bistabile Kippschaltung 116 gesetzt, so daß das
UND-Glied 104 wieder freigegeben wird. Da die maximale Phasenverschiebung zwischen
den Meßimpulsen verschiedener Fühleinheiten kleiner ist als der Abstand zweier aufeinanderfolgend
vom Zähler 110 abgegebener Impulse, sind zu diesem Zeitpunkt keine Meßsignalimpulse
auf den Leitern 48 und 50 mehr zu erwarten, und nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne,
welche dem Abstand aufeinanderfolgender Impulse am Ausgang des Zählers 110 entspricht,
sind dann die TJND-Glieder 104 sämtlicher Fühleinheiten 52 wieder durchgesteuert
und zur Entgegennahme eines Startsignales von der Auswerteeinheit 46 bereit.
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Man erkennt, daß der zeitliche Abstand zweier Startsignal-
impulse
zumindest gleich dem vierfachen Abstand zweier Impulse am Ausgang der Zähler 110
sein muß. Dies ist dadurch gewährleistet, daß man für das Einleiten eines Meßzyklus
am Frequenzteiler 58 eine entsprechend niederfrequente Ausgangsklemme verwendet.
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Figur 6 zeigt in der obersten Zeile das niederfrequente Ausgangssignal
des Frequenzteilers 58, in der nächsten Zeile das Ausgangssignal der bistabilen
Kippstufe 62, welches diejenige Zeitspanne vorgibt, über welche hinweg die Gleichspannungsquelle
54 eingeschaltet wird, in der dritten Zeile das Ausgangssignal des Startsignalgenerators
68 und in der vierten Zeile in zeitlich vergrößertem Maßstab die Spannung an den
Leitern 48, 50.
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Letztere ist in noch einmal zeitlich auseinandergezogenem Maßstabe
in Figur 7 wiedergegeben. Man erkennt, daß auf einen Startimpuls zunächst eine erste
Impulsgruppe folgt, welche aus den zeitlich versetzten ersten Meßsignalimpulsen
der Fühleinheiten 52 besteht. Eine zweite Meßsignalimpulsgruppe besteht aus den
analog zeitlich versetzten zweiten Meßsignalimpulsen der Fühleinheiten.
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Der zeitliche Abstand der von einer betrachteten Fühleinheit abgegebenen
Meßsignalimpulse läßt sich einfach durch Differenzbildung der im Arbeitsspeicher
132 abgespeicherten Zeitwerte für das Eintreffen dieser Impulse am Signaldetektor
74 unter Verwendung der Recheneinheit 134 des Rechners 70 ermitteln. Dieser kann
zugleich noch erforderliche Korrektorrechnungen durchführen, z.B. die Differenzbildung
zwischen Heizkörpertemperatur und Raumtemperatur vornehmen und die so ermittelte
Temperaturdifferenz mit einem Skalierungsfaktor multiplizieren, welcher der Heizkörpergröße
Rechnung trägt.
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Der so erhaltene momentane Wärmeverbrauch bei den verschiedenen Meßstellen
wird über eine Ausgabeleitung 138 über das Eingabe/Ausgaberegister 136 ausgegeben
und kann entweder direkt zum Weiterschalten von den einzelnen Wohneinheiten zugeordneten
Zählwerken verwendet werden oder zur weiteren numerischen Verarbeitung abgespeichert
werden.
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Der Aufbau eines mechanisch voreinstellbaren Festwertspeichers 124
ist schematisch in Figur 9 gezeigt. Widerstände 140-1 - 140-7 sowie Widerstände
142-1 - 142-7 sind paarweise in Reihe zwischen einen auf Versorgungspotential V
liegenden Leiter 144 und einen auf Massepotential liegenden Leiter 146 geschaltet.
Die Netzwerksknoten zwischen den Widerständen 140 und 142 sind jeweils mit einer
zugeordneten Ausgangsklemme 148-1 - 148-7 des Festwertspeichers 124 und außerdem
über Leiter 150-1 - 150-7 mit dem Leiter 146 verbunden. Die Leiter 150 sind zur
mechanischen Zerstörung frei zugänglich von einem gesonderten Programmierbaustein
152 getragen, der ähnlich wie ein integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten für den Programmierbaustein 152 sind in Figur 8 wiedergegeben
und werden nun näher erläutert.
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Der Programmierbaustein 152 hat einen aus isolierendem Plastikmaterial
gespritzten Sockelkörper 154, in welchen ein erster Satz von Steckkontakten 156-1
- 156-7 und ein diesem symmetrisch gegenüberliegender zweiter Satz von Steckkontakten
eingebettet sind. Dieser zweite Steckkontaktsatz ist in der Zeichnung nicht sichtbar.
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Zum Anbringen der zerstörbaren Leiterstücke kann man die Steckkontakte
156 wie in Figur 8 links gezeigt mit nach oben über die Oberfläche des Sockelkörpers
154 hinausgeführten Endabschnitten 158 versehen, welche mit nach oben offenen Kerben
160 ausgebildet sind. In den letzteren ist
jeweils ein Drahtstück
162 festgelegt, z.B. festgelötet.
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Das Drahtstück 162 verläuft so unter Abstandvüber der Oberfläche des
Sockelkörpers 154, und es kann so mit einem Seitenschneider leicht und ohne Gefahr
der unbeabsichtigten Beschädigung eines danebenliegenden Drahtstückes unterbrochen
bzw. ganz entfernt werden.
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Stattdessen kann man auf die Oberfläche des Sockelkörpers 154 Leiterbahnen
164 aufdrucken, deren Enden die zur Sockelkörperoberfläche geführten Stirnflächen
der Steckkontakte t56 elektrisch leitend überdecken. Das Zerstören der gedruckten
Leiterbahnen 164 ist einfach unter Verwendung eines spitzen Werkzeuges durchzuführen.
Um ein unbeabsichtigtes Zerstören einer danebenliegenden Leiterbahn 164 zu verhindern,
ist zwischen zwei Leiterbahnen 164 jeweils eine nach oben vorspringende Rippe 166
an den Sockelkörper 154 angeformt.
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In dem rechten Teil von Figur 8 sind die Stirnflächen der Steckkontakte
156 elektrisch leitend über,deckende Leiterbahnen 168 auf stufenförmig ansteigenden,
konvex gekrümmten Erhebungen 170 des Sockelkörpers 154 angeordnet. Man kann so eine
Leiterbahn einfach dadurch unterbrechen, daß man sie an der Kuppe der Erhebung 170
durchfeilt, wobei die durch die aufeinanderfolgenden Erhebungen 170 begrenzten Schultern
172 einen seitlichen Anschlag für die von Hieben freie Seitenfläche der verwendeten
Feile bilden und ein unbeabsichtigtes Zerstören der benachbarten Leiterbahn verhindern.
Um die gesamte Bauhöhe des Programmierbausteines 152 in dieser Ausführungsform kleinzuhalten,
würden die Erhebungen 170 bei einem praktischen Ausführungsbeispiel von der Mitte
des Bausteines zum anderen Ende hin wieder stufenförmig abfallen. Die durchgefeilten
Stellen der Leiterbahnen 168 sind visuell gut zu kontrollieren und geben direkt
eine optische Darstellung der einprogrammierten Zahl.
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In Figur 10 ist abgewandelter Fühlerkreis 100' gezeigt welcher weitgehend
dem Fühlerkreis 100 von Figur 5 entspricht und insoweit nicht noch einmal im einzelnen
beschrieben zu werden braucht.
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Die Zähler 108 - 114 ist aber durch einen einzigen Zähler 108' ersetzt,
dessen höchstwertiges Ausgangsbit zum Zurücksetzen einer bistabilen Kippschaltung
174 dient, deren Setzeingang mit dem Ausgang des UND-Gliedes 104 verbunden ist.
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Das Sperren des UND-Gliedes 104 erfolgt somit ganz analog wie das
Sperren des UND-Gliedes 24 von Figur 1, nur ist das dortige Laufzeitglied 26 nun
ein digitaler Zähler, welcher die Gesamtdauer eines Meßzyklus vorgibt.
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Zum Zählen der pro Meßzyklus vom UND-Glied 126 abgegebenen Impulse
ist ein Zähler 112' vorgesehen, der eingangsseitig mit dem Ausgang des UND-Gliedes
126 verbunden ist und ausgangsseitig auf die Rückstellklemme einer bistabilen Kippschaltung
176 arbeitet.
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Uber einen Inverter 178 wird das Ausgangssignal des Zählers 112' auf
einen Eingang eines UND-Gliedes 180 gegeben, dessen anderer Eingang von einem Komparator'182
her beaufschlagt wird und dessen Ausgang mit dem Setzeingang der bistabilen Kippschaltung
176 verbunden ist. Der "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 176 ist mit einem
zugeordneten Eingang des UND-Gliedes 126 verbunden, ein weiterer Eingang des letzteren
erhält direkt vom einen Vorteiler bildenden Zähler 106 kurze Impulse.
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Der Komparator 182 ist am einen Eingang mit den niederwertigen Ausgangsklemmen
des Zählers 108' verbunden und vergleicht das an diesen insgesamt abgegebene Ausgangssignal
mit dem Ausgangssignal des Festwertspeichers 124, der wiederum für jede Fühleinheit
in für sie eigener Weise voreinge-
stellt ist, wie oben beschrieben.
Damit bilden der Zähler 108', der Festwertspeicher 124 und der Komparator 182 zusammen
ein einstellbares Verzögerungsglied.
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Von einer höherrangigen Ausgangsklemme des Zählers 108' her wird das
UND-Glied 126 wieder mit den in großem Abstand aufeinanderfolgenden Meßsignalimpulsen
beaufschlagt, und die Anzahl der zwischen der letztgenannten Ausgangsklemme und
der mit der bistabilen Kippschaltung 174 verbundenen Ausgangsklemme liegenden weiteren
Ausgangsklemmen des Zählers 108' bestimmt die Totzeit des Meßzyklus.
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Von der Funktion her ist der Hauptunterschied zum schon oben beschriebenen
Fühlerkreis 100 der, daß bei dem Fühlerkreis T00' das UND-Glied 104 unabhängig von
der Einstellung des Festwertspeichers 124 wieder aufgesteuert wird, so daß man die
Sicherheitspause bis zum Start des nächsten Meßzyklus um den Faktor 2 kleiner wählen
kann, da die UND-Glieder 104 sämtlicher Fühleinheiten im wesentlichen gleichzeitig
wieder aufgesteuert werden. Man kann also bei gleicher zeitlicher Auf lösung die
Anzahl der Meßstellen verdoppeln.