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Meß- und Anzeigevorrichtung. Die Erfindung betrifft eine Meß- .und
Anzeigevorrichtung, die in ihren wesentlichsten Teilen mit der Vorrichtung nach
Patent 359904 übereinstimmt und sich von dieser -durch größere Einfachheit
unterscheidet.
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Die Meßvorrichtung nach der Erfindung dient dazu, .die Änderungen
von physikalischen 7uständen, die sich durch ein Galvanometer feststellen lassen,
z. B. die Spannung von Thermoelementen, anzuzeigen und aufzuzeichnen. Mehrere der
zu .messenden Apparate werden dabei ,durch eine Schaltwalze abwechselnd mit einem
Galvanometer verbunden, dessen Zeiger eine mechanische Vorrichtung derart ,beeinilußt,
.daß sie eine Welle um einen dem Ausschlag des Galvanometers, proportionalen Winkel
verdreht. Durch diese Welle werden die Meß-, Signal- und Registriervorrichtungen
in Tätigkeit gesetzt.
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Die Meßvorriehtung besteht aus einer Wheatstoneschen Brücke, deren
Meßdraht am Umfang einer auf .der Welle sitzenden Scheibe angebracht ist und d fieren
Galvanometer daher Ausschläge macht, deren Richtjung und Größe dem Drehungswinkel'
der Welle entsprechen. Die Signalvorrichtung ,besteht aus Kontakten, ,die gleichfalls
auf einer auf der Welle sitzenden Scheibe angebracht sind und verschiedene Signallampen
oder ähnliche Vorrichtungen, entsprechend idem Sinne und der Größe der Welliendrehung,
einschalten.
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Nach .dem Haauptpatent sollte für jedes !der Thermoelernente eine
besondere Wheatstonesche Brücke und eine besondere Kontaktvorrichtung für eine besondere
Gruppe von Lampen auf der Wedle vorgesehen werden, wobei die Schaltwalze jedesmal
gleichzeitig mit der Einschaltung eines der zu messenden Thermoelemente die diesem
zugeordnete Wheatstonesche Brücke mit einem besonderen oder gemeinsamen Anzeigegalvanometer
verband und den Strom für die zugeordnete Signalvorrichtung einschaltete.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist !die Schaldung dadurch erheblich
vereinfacht, daß nur eine Wheatstonesche Brücke und eine Kontaktvorrichtung für
eine einzige Gruppe von Signallampen auf der Welle angebracht ist. Eine weitere
Signallampe oder sonstige Anzeigevorrichtung, die von. der Schaltwalze
unmittelbar
beeinflußt wird, zeigt dann an, mit welchem der zu messenden Thermoelemente oder
der sonstigen Apparate die 1l:eß-und Signalvorrichtung zur Zeit verbunden ist. In
den Zeichnungen ist: Abb. i eine schaubildliche Darstellung des Erfindungsgegenstandes,
@gb@b. 2 eine Einzelheit, Abb. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Abb. 2, Abb..I ein
Schaltungsschema.
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Ein Elektromotor M dreht eine Welle i mit möglichst gleichmäßiger
Geschwindigkeit. Diese treibt durch eine Schnecke .2 und ein Schneckenrad 3 eine
Welle -. an. An einem schwingbar an .seinem oberen Ende aufgehängten Hebel 5 ist
ein Querarm 6 schwingbar angebracht.,der an beiden Enden Platten 7 aus Kork oder
einem anderen Stoff von großen Reibungskoeffizienten trägt. Diese Platten liegen
an dem Rand 8 einer auf einer Welle io sitzenden Scheibe 9 mit Reibung an. Die Welle
4. trägt ein Exzenter i i, .das in bestimmten Zeitzwischenräumen den Hebel 5 gegen
die Wirkung einer nicht mit :dargestellten Feder nach vorn drückt und dabei die
Platten 7 von dem Rand 8 der .Scheibe 9 abhebt. Bei weiterer Drehung des. Exzenters
i i drückt die Feder die Platten 7 wieder an den Rand 8 an. Auf der Welle d. befindet
sich ein -weiteres Exzenter 12, das jedesmal dann, -wenn das Exzenter i i die Platten
7 von idem Rande 8 abgehoben hat, in Tätigkeit tritt und einen Gleitschuh 13 am
unteren Ende eines Armes 14. anhebt. Der Arm 1.1. ist mit seinem oberen Ende an
einem um eine Achse 16 schwingbaren Bügel 15 befestigt. An dem Bügel 15 ist
ein Blech 17 angebracht,dessen obere Kante 18 schräg von der Mitte nach beiden
Seiten hin ansteigt. Über der Kante 18 spielt derZei,-er i9 eines Meßinstrumentes,
z.B..eines Galvanometers, an dessen beweglicher Spule 2o er befestigt ist. Zu beiden
Seiten hat das Blech 17 Anschläge 2i, die den Aasschlag dies Zeigers i9 begrenzen.
Unmittelbar über dein Zeiger i9 befinden sich die wagerecht stehen-,den Kanten von
zwei .um Zapfen 24 schwingbaren und gegeneinantdergerichteten Winkelhebeln 23. Diese
lassen zwischen sich etwas Raum frei, der so groß ist, :daß der Zeiger 19 in seiner
Nullstellung in ihn eintreten kann. Der Zeiger schwingt für gewöhnlich frei zwischen
der Kante 18 des Bleches 17 und den unteren Kanten der Artre 23. Die zweiten Arme
25 der Winkelhobel sind nach unten gerichtet und werden durch eine Feder 26 gegeneinander
gezogen. Am unteren Ende des Hebels 5 befindet sich eine mit dem Querarm 6 verbundene
,dreieckige Platte 27, die an beiden Seiten Stifte 28 trägt. Gegen diese liegen
die Hebelarme 25 an. Der Querarm 6 trägt an seinen beiden Enden Anschläge 29, gegen
die zwei gleiche und gleichgerichtete Exzenter 3o auf der Welle :a. arbeiten.
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Auf der Welle io sitzt eine Scheibe 3 1 aus Isolierstoff, um
deren Rand ein Widerstandsdraht R, der erforderlichenfalls schraubenförmig gewickelt
sein kann, gelegt ist. Auf ihm schleift ein später noch zu erwähnender Kontakt 32.
Zum Befestigen der Scheibe 31 in einer bestimmten Winkelstellung zu weiteren auf
der Welle io liebenden Scheiben dient eine Scheibe 33 in ihrer Nabe 3d..
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Eine zweite Scheibe 35 auf der Welle io trägt an ihrem Umfang Widerstände
36 und 37, die einen Teil einer noch zu erwähnenden Wheatstoneschen Brückenschaltung
bilden. In der Nabe 39 der Scheibe 35 befindet sich eine Schraube 38, mittels deren
die Winkelstellungder Scheibe auf der Welle einstellbar ist.
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Weiterhin trägt die Welle io noch eine mittels einer Schraube -.o
in ihrer Nabe :I1 verstellbare dritte Scheibe .42, auf der bogenförmige Kontaktstücke
43, 44 und 45 angebracht sind. Diese sind sowohl voneinander wie auch von den übrigen
Apparatteilen isoliert.
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In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind getrennte Scheiben 31,
35 und 42 angegeben, jedoch können auch alle diese Scheiben oder zwei von ihnen
:zu einer einzigen Scheibe vereinigt sein. Zweckmäßig ist es j edoch"daß die Scheibe
31 für sich .einstellbar ist, während die beiden Scheiben 35 und 42 zu einer Scheibe
vereinigt werden können, deren Winkelstellung zur Scheibe 31 und insbesondere zu
dem Punkt, an dem der Kontakt 32 auf dem Widerstand R schleift, einstellbar ist.
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In Abb. 2 und 3 ist eine,derartige Vereinigung der Scheiben 35 und
:I2 zu einer Scheibe 35a,dargestellt. Diese ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
am Ende der Welle io vierdrehbar und durch eine gegen ihre Nabe 39a geschraubte
Mutter 35b, die sie gegen einen Bund 39b der Welle io anpreßt, feststellbar. Um
,den Rand der Scheibe 35a sind die Widerstände 36 und 37 gelegt, die in Schraubenwindungen
auf einen Kern, von dem sie isoliert sind, aufgewickelt sein können. Die Widerstandsdrähte
endigen beiden Punkten a und b (Abb. 2), während der Kern 35a weiterreicht
und gegen den Rand der Scheibe 35a durch ein Klemmstück 351 und Schrauben 35° festgeklemmt
ist. Auf,den beiden Stirnflächen der Scheibe 35a sind Platten 36a und 36b aus Isoliermaterial
aufgeschraubt, auf deren über den Soheibenrand vortretenden Kanten der Schleifkontakt
59 hinaufgleitet, wenn ,die Scheibe um 18o° aus ihrer in Abb. 2 dargestellten Lage
gedreht -wird. Auf
einer der Stirnflächen der Scheibe
35" sind die erwähnten ,bogenförmigen Kontaktstücke 43, 44 und 45 angebracht.
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Auf der Welle io sitzt ferner noch eine am Umfang genutete Scheibe
46, um die eine Schnur 47 gelegt ist. Diese geht über Rollen 48 zu einem Schreibstift
49, der sich an einer nicht mit dargestellten :Führung quer über einen Papierstreifen
P bewegt. Das, Papier wickelt sich von einer Rolle 50 ab; seine Rän-,der
sind init Löchern 51 versehen; durch die Zähne am Rande einer VTalze 52 hindurchfassen.
Die Walze ist auf einer Welle 53 gelagert, die vom Motor M über eine Schnecke 54,
ein Schneckenrad 55, eine Welle 56, eine Schnecke 57 und ein Schneckenrad 58 angetrieben
wird.
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In Abb. 4 ist der Widerstand R als Teil einer Schaltung zum Vergleichen
von Spannungen dargestellt. Diese hat zwei aus mehreren Widerständen ,bestehende
Zweige 6o unid 61, die miteinander parallel und zusaniinen in Reihe mit einer Batterie
62 und einem verstellbaren Widerstand 63 igeschaltet sind. Durch Niederdrücken eines
Schalters 64 wird ein Normalelement S mit einem Galvanomieter G und eineue in einem
der Zweige der Schaltung liegenden Widerstand 65 hintereinanid@er geschaltet, um
in bekannterWeisedurch Einstellung des Widerstandes 63 einen Strom von bekannter
Stärke indem Zweig 6o hervorzurufen. Der Zeiger des Galvanometers G ist identisch
mit idein Zeiger i9 in Abb. i. Im gewöhnlichen Arbeitsgang ist das Norrnalelement
S ausgeschaltet und ein Schalter 66 g eschlossen,durch den der eine Pol des Galvanometers
G über eine Leitung 67 mit einem Schleifkontakt 68 auf einer Schaltwalze C verbunden
wird. Die Schaltwalze befindet sich auf der Welle 56 (Alb. i) und dreht sich mit
dieser. In der Stellung nach Abb.4 ist der Kontaktfinger 68 .durch ein Segment der
Schaltwalze mit einem Kontaktfinger 69 verbunden, an Iden sich eine zu dem Therm.oelement
T führende Leitung anschließt. Der andere Pol des Thermoelements ist ,durch eine
Leitung 7o mit dem auf dem Wiederstand R liegenden Schleifkontakt 32 verbrunden.
Ein zweites Thermoelement T' liegt mit seinem einen Pol an der Leitung 7o und reit
seinem anderen Pol an einem auf der Schaltwalze C schleifenden Kontaktfinger 71.
Dreht sich die Schaltwalze aus der gezeichneten Stellung weiter, so verbindet sie
in einer späteren Stellung idie Kontaktfinger 68 !und 71 miteinandier und schaltet
so das Thermoelement T1 auf Idas Galvanometer G. Die Thermoelememte T und TI- können
weit auseinander liegen, z. B. in einem langen Ofen, dessen Temperatur an verschiedenen
Stellen gemessen werden soll. Die Widerstände 36 und 37 auf der Scheibe 35 werden
von ein und ,demselben- Widerstandsdraht gebildet, der bei 72 und 73 endigt und
auf dem ein Kontaktfinger 59 schleift. Dreht sich die Scheibe 35 in verschiedene
Winkelstellungen, so ist stets der Teil auf der rechten Seite des Kontaktes 59 der
Widerstand 37 und der übrige Teil des Widerstandsdrahtes auf der anderen Seite des
Kontaktes; 59 der Widerstand 36. Die Enden der Widerstände 36 und 37 sind durch
biegsame Kabel mit den Klemmen von festen Widerständen 74 bzw. 75 verbunden, in
der Art, daß die vier Widerstände :miteinander eine Wheatstonesche Brücke bilden,
von der zwei Arme sich mit der Scheibe 35 drehen. Mit einem Punkt zwischen dien
Widerständen 74 und 75 ist eine Leitung 76 und mit dem Schleifkontakt 59 eine Leitung
77 verbunden. Diese Leitungen kommen von einer :geeigneten Stromquelle, .z. B. von
'einer elektrischen Lichtleitung. von konstanter Spannung. Je nach -den Umständen
kann in Wie Leitring 76 noch ein Widerstand 78 eingeschaltet sein. Von den Verbindungsstellen
zwischen den Widerständen 36, 74 bz'w. 37, 75 führen Leitungen 79 und 8o über einen
81 zu ,den Klemmen eines geeichten Meßinstrumentes, z. B. eines d'A rs@onval-@Galvanometersi
V. Von diesein ist in der Zeichnung nur die Spule 82 ,dargestellt, während die Magnete
fortgelassen sind. Mit ider Drehspule 82 bewegt sich der Zeiger 83 über zwei Skalen
s, s', von denen auch eine fehlen kann. Die Skala s ist in passende Einheiten, z.
B. Spannu.ngs-, Stroni-oder Temperatureinheiten, eingeteilt. In ,dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist sie in Temperaturgrade geteilt, da mit #dem Instrument die
jeweilige Temperatur ider Thermoe'_emente T und T' gemessen -werden soll. Die Skala
s ist gewöhnlich um :die Achse (der Spule 82 drehbar. Die Skala s1 kann man als
Abweichungsskala -bezeichnen, @da auf ihr angezeigt wird, um wieviel idie Teanperatur
der Thermoelernente T und T-von einer bestimmten Normaltemperatur, der der Nullpunkt
in (der Mitte der Skala s' entspricht, abweicht. Die Ausschläge nach beiden Seiten
:dieser Sikala zeigen in irgendwelchen Einheiten, z. B. Temperaturgraden, die Abweichung
vom Nullpunkt an, ohne aber die Temperatur selbst der Thermoelemente T und T1 anzuzeigen.
Der regelbare Widerstand 81 dient zum -,#£usigleich ,des Widerstandes ider Leitungen
7 9 und 8o odeer an-,derer Veränderlichen, idie zu berücksichtigen sind.
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Neben. der genauen Messung ider Temperaturen der Thermoelemente 7'
und T' findet noch eine Anzeige (durch eine Signalvorrichtun
- statt,
die die Temperaturabweichungen nur ihrer Art nach angibt. Als solche dienen ,lühlampen
g, b, z;, und r, die zweckmäßig G
grün, blau, weiß und rot gefärbt sind. Die
eine Klemme rler Lampe g liegt an einer Leitung 84, die -zusammen mit Leitung 85
zu einer geeigneten Stromquelle führt, die die gleiche sein kann feie die mit den
Leittrn-en 76 und 77 verbundene. -=in die Leitung 85 ist ein Kontaktfinger 86 .der
Schaltwalze C angeschlossen, der wüf einem über .den halben Umfang der Schaltwalz;-=
sich erstreckenden Kontakt 87 schleift. Durch letzteren werden die Kontaktfinger
87 und 88 zeitweilig verbunden. Von dein Kontaktfinger 88 führt eine Leitung zu
der grünen Lampe g. In der gezeichneten Stellung ist der Stromkreis .der Lampe g
geöffnet, @da die Kontaktfinger 86 und 88 auf einer isolierten Stelle schleifen.
Infolgedessen brennt die Lampe g nicht und zeigt dadurch an, daß das Thermoelement
T' gerade eingeschaltet und das Thermoelement T1 gerade ausgeschaltet ist. Verbindet
,das Kontaktstück 87 die Kontakte 86,und 88 miteinander, so brennt die Lampe g und
zeigt: dadurch an, daß das Therrnoelement T' eingeschaltet und 4as Thermoelement
T ausgeschaltet ist, da die Kontakte 68 und 71 durch das mittlere Schleifstück der
Schaltwalze miteinander verbunden sind, wenn das Schleifstück 87 die Kontaktfinger
86 und 88 miteinander verbindet.
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Die Leitung 85 steht weiterhin mit zwei festen Schleifkontakten 89
und 9o in Verbindung, die auf den finit der Welle zo,drehbaren Kontaktstücken .13,
44 und 45 schleifen. Das Kontaktstück 43 hängt durch eine Leitung 91 mit der Lampe
r, :das Kontaktstück 44 durch eine Leitung 92 mit der Lampe w und das Kontaktstück
45 :durch eine Leitung 93 mit der Lampe b zusammen.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Ist das Thermoeleinent
T eingeschaltet, so wirkt .seine elektromotorische Kraft auf das Galvanometer G,
und zwar der in dein Schaltungssystem herrschenden und das Galvanometer beeinflussenden
Spannunix entgegen. Sind beide Spaunungen gleich, so macht das Galvanometer keinen
Ausschlag, und :der Zeiger 1g (A-bb. i) befindet sich in einer Mittelstellung. Steigt
nun,die Teinperatur des Thermoelements T und damit auch seine elektromotorische
Kraft, so macht der Galvanometerzeiger 1g beispielsweise einen Ausschlag nach rechts.
Infolge ider periodischen Schwingungen, die dein Bügel 15 durch das Exzenter 12
erteilt werden, wird alsdann .der Zeiger 1g zwischen die schräge Kante 18 und die
untere Kante 22 des rechtsseitigen Winkelhebels 23 eingeklemmt, wodurch der Arm
25 eine Schwingung im Sinne des Uhrzeigers um seinen Drehpunkt 2d. ausführt. Hierbei
schiebt erden Stift 28 auf der rechten Seite der Platte 27 vor sich her und schwenkt
dadurch den Ouerarm 6 ebenfalls im Sinne des Uhrzeigers., während gleichzeitig die
Platten 7 durch das Exzenter 1i von dem Rand. 8 .der Scheibe g abgehoben sind. Der
A usschl :gwinkel .des Ouerarmes 6 ist dabei abhängig von der Größe des Ausschlages
des Zeigers 1g. Wird der Hebel wieder von dein Exzenter i i freigegeben, so legen
sich :die Platten 7 wieder gegen den Rand 8, worauf das linksseitige Exzenter 30
den entsprechenden Anschlag 29 erfaßt und den Arm 6 mitsamt der Scheibe 8 uni den
gleichen Winkel der Richtung des Uhrzeigers entgegen dreht. Hierdurch wird auch
der Widerstand R gegenüber dem Schleifkontakt 32 in der Weise verdreht, Üaß er ein
Gleichgewicht der elektromotorischen Kräfte herzustellen sucht. Hierdurch wird der
Ausschlag des Zeigers 1g verkleinert, so @daß letzterer, erforderlichenfalls unter
Wiederholung des Vorganges, in die in A.bb. i gezeichnete Nullstellung gelangt,
worauf kein weiterer Einfluß mehr auf die Welle 1o ausgeübt wird. Da bei Errichtung
dieses Gleichgewichtszustandes die Temperatur des Thermoelements T höher ist als
die Normaltemperatur :und dabei das Kontaktstück 43 unter den Kontakt
89 kommt, wodurch ein Strom durch die rote Lampe r geschlossen wird, zeigt
das Aufglühen der letzteren an, daß die Temperatur zu hoch ist. Ist die Temperatur
nur wenig über .der normalen, so liegt, während das Kontaktstück .I3 unter den Schleifkontakt
89 kommt, das Kontaktstück .4d. noch unter fdem Schleifkontakt go. Infolgedessen
brennen beide Lampen r und w gleichzeitig und zeigen dadurch an, .d:aß die Temperatur
zwar zu hoch ist, aber nur um einen geringen Betrag. Ist andererseits die Temperatur
des Thermoelements T, bei der der Zeiger 1g in seine Ruhestellung kommt, unterhalb
der Normaltemperatur, so kommt das Kontaktstück d.5 unter :den Schleifkontakt 9o
und verursacht so ein Aufglühen der blatten Lampe b, durch die eine zu tiefe Temperatur
angezeigt wird. Auch hier befindet sich wieder in 4em Falle, :daß die Temperatur
wenig zti niedrig ist, das Kontaktstück- d.5 in Berührung mit dem Schleifkontakt
go, während .das Kontaktstück 44 Kochunter dem Schleifkontakt 89 liegt, so @daß
:gleichzeitig auch die weiße Lampe w brennt.
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Während auf diese Weise die Kontaktstücke :13, 44 und ¢5 bei .einem
Wechsel der Temperatur des Thermoelem:ents T verdreht werden, werden auch die Widerstände
36 und 37 der W heatstoneschen Brücke im gleichen Sinne und tim Iden gleichen Betrag
verstellt.
Angenommen, die Temperatur des Thermoelements T sei höher
als die normale, so wird die Scheibe 35 aus der in Abb.4 gezeichneten Stellung in
der Richtung gegen den Uhrzeiger verdreht und :der Widerstand 36 gegen den Widerstand
37 verkleinert. Hierdurch erfährt :das Gleichgewicht in jder Wheatstoneschen Brücke
.eine Störung, und eine dieser @cntsprechende Spannung wirkt durch die Leitungen
79 und 8o auf das geeichte Meßinstrn ment V und veranlaßt beispielsweise dessen
Ausschlag nach rechts. Der Ausschlag des Zeigers 83 nach rechts zeigt auf (der Skala
s1 in Temperaturgraden oder anderen ;geeigneten Einheiten den Unterschied der, Temperatur
.des Thermoelernents Z' von .der Normaltemperatur an, auf die der Nullpunkt der
Skala s1 eingestellt ist.
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Beträgt ;beispielsweise die Normaltemperatur des Thermoelements i
2oo°, so wird die Skala s so eingestellt, daß .bei Stromlosigkeit des Galvanometers
82 der Zeiger 83 auf i 2oo° weist, wie in der Zeichnung (dargestellt ist. Es wird
also ider Teilstrich bei i2oo° an der Skala s dem Nullpunkt der Skala s1 gegenübergestellt.
Schlägt nun, wie angenommen, der Zeiger 83 nach rechts aus, so zeigt er gleichzeitig
auf der Skala s die wirkliche Temperatur des Thermoelements T und auf der Skala
s1 miT den Unterschied dieser Temperatur von :der Normaltemperatur an. Manchmal
ist es nicht erforderlich, :beide Skalen s und sl an dem Meß-instrument anzubringen,
jedoch umfaßt die Erfindung die-Anbringung beider Skalen.
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In gleicher Weise schlägt, wenn die Temperatur des Thermoelements
T unterhalb der Normaltemperatur liegt, der Zeiger 83 nach links aus, da sich ,die
Pole an den Verbindungsstellen der Widerstände 74 und 75 mit .den Leitungen 79,
8o umkehren, und zeigt,dad@urch wiederum sowohl idi.e wirkliche Temperatur des Thermoelements
T wie auch deren Abweichung von der Normaltemperatur an. Was hier über das Thermoelement
T gesagt #vurde, trifft in gleicher Weise auch auf das Thermoelement T1 zu. Beide
Elemente werden @durch @die sich mit passender Geschwindigkeit drehende Schaltwalze
C in den Stromkreis, in dem sich der W i.dierstand R und das Galvanometer G befinden,
abwechselnd eingeschaltet. je geringer der Unterschied der Temperaturen T und T1
ist, um so geringer kann :die Umd'rehungsgeschwindiiokeit der Schaltwalze C sein,
.da in .diesem Fall die (luroh den Zeiger i9 in der Vorrichtung ausgelösten Bewegungsvorgänge
nur gering sind.