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Kurzzeitmesser. Zum Messen sehr kurzer Zeiträume, z. B. für psycho-physische
Messungen, ;bei der Beobachtung von Schallgeschwlindiäkeiten unter Wasser u. dgl.,
,dient ,die nachstehend beschriebene Vorrichtung, bei der vor allen Dingen Wert
:auf äußerste Einfachhdit, also auf die Vermeitdung von Uhrwerken,, Einrichtungen
zur Beobachtung von Stimmgabeln usw. gelegt ist.
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Nach der Erfindung sind. -auf einer ,drehbar gelagerten Welle eine
Schwungmasse, eine Anzeigevorrichtung (z. B. ein Zeiger nebst Skala, dir beleuchteter
Spiegel o. dgl.) Lind ein Eldktromagnetanker angebracht. Letzterer ist so gestellt,
-daß, wenn er durch den zugehörigen Elektromagneten angezogen wird, .der Welle eine
kleine Winkeldrehung erteilt und dabei eine Feder gespannt wird. Wird der Stromkreis
dies Elektromagneten wieder unterbrochen, so erteilt :die sich entspannende Feder
der
Welle einen Anstoß, und die Welle dreht sich in entgegengesetzter Richtung wie vorher,
bis sie durch eine Bremse zum Stillstand gebracht wird. Der in :dieser Stellung
an der Anzeigevorrichtung abzulesendie Drehwinkel gibt -ein Maß für den Zeitraum,
der zwischen der Unterbrechung des Elektromagnetstromkreises und der Einrückung
der Bremse verflossen ist und der zuverlässig Ungez:eigt wird, auch .wenn er außerordentlich
kurz ist.
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Der Zeitpunkt der Einrückung der Br em:se n fuß sehr fein eingeregelt
werden. Das geschieht zweckmäßig durch eine eigenartige Relaisschaltung, die namentlich
für :diejenigen Fälle geeignet ist, bei denen @es sich um die Messung von Zeiträumen
handelt, .deren Anfang und Ende durch das Eintreffen von Schallwellen bestimmt ist.
Es ist beispielsweise schon vorgeschlagen worden, Meerestiefen und andere Entfernungen
in der Weise zu messen, daß man ein Schallsignal abgibt, den Zeitpunkt der Abgabe
des Signals bestimmt und dann beobachtet, wann .die vom Meeresboden oder :dem sonst
zu bestimmenden Körper reflektierten Schallwellen anlangen. Die gegebenen Aufnahmeapparabe
für ,diesen Zweck sind Mikrophone und in Verbindung mit solchen ist die erwähnte
Relaisschaltung besonders .zweckmäßig.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung erläutert, und zwar
zeigt Abb. i ein schematisch gegebenes Schaubild der Vorrichtung, während Abb. 2
das Schema -der besprochenen Relaisschaltung darstellt.
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Auf einer Grundplatte i (Abb. i) ist in Trägern 2 und 3 Leicht drehbar
eine Welle .4 gelagert. Diese .trägt einen zweckmäßig ziemlich langen aber leichten
Zeiger 5, der über einer Skala 6 spielt. Auf Ader Welle 4 sitzt fest ein Schwungrad
7, das mit einem seitlich sich erstreckenden eisernen Arm 8 ausgestattet ist. Dieser
bildet den Anker eines auf der Grundplatte angebrachten Elektromagneten 9, der,
wenn er erregt wird, den Arm 8 anzieht. Dieser drückt dabei eine Feder io herab,
die an dem Ständer :2 befestigt ist, mit der ihr erteilten Spannung also auf den
Anker 8 wirkt. Weiter greift an der Welle 4 eine verhältnismäßig schwache Feder
i i an. Diese sucht die Welle 4 in solche Lage zu bringen, daß der Zeiger 5 etwa
die auf der Zeichnung dargestellte Lage einnimmt, also nicht auf dem Nullpunkt der
Skala 6 steht, sondern schon =einen gewissen .Ausschlag anzeigt. Die Stellung des
Ankers 8 auf dem Schwungrad 7 ist aber so gewählt, daß, wenn der Anker angegogen
und .demgemäß :die Feder io niedergedrückt wird, der Zeiger 5. sich auf dem Nullpunkt
der Skala befindet.
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Auf der Grundplatte z ist sodann drehbar oder federnd ein Brems'he'bel
12 befestigt, der mit einer Bremsbacke 13 auf das Schwungrad- 7 wirken kann. Eine
Feder 14 sucht die Bremsbacke an das Schwungrad anzulegen. Ist .das geschehen, so
ist das Schwungrad und damit :die Welle 4. festgebremst. Der Bremshebel 12 kann
aber von ,dem ,Schwungrad zurückgezogen werden ,durch die Erregung eines Elektromagneten
15.
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Über der Feder io ist ein Anschlag 16 angebracht, ,der ihren Aufwärtsgang,
wenn dieser .durch Loslassen des Ankers 8 .infolge der Unterbrechung des Stromkreises
des Elektromagneten 9 ermöglicht wird, begrenzt. Der Stromkreis des E1,eiktromagneten
9 kann unterbrochen werden durch einen Stromunterbrecher 17, derjenige .des Elektromagneten
15 durch einen Stromunterbrecher 18. Gespeist werden die Elektromagneten von einer
Stromquelle i g.
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Die Wirkungsweise ist folgende. Soll eine Messung vorgenommen werden,
so werden die Stromkreise der beiden Elektromagneten bei den Stromunterbrechern
17 und 18 geschlossen. Der Elektromagnet 9 zieht dann .den Anker 8 an, dieser spannt
die Feder io und schafft so eine Kraftquelle, dite später zur Wirkung auf :die Welle
¢ gebracht wird. Der Elektromagnet 15 .aber zieht den Bremshebel 12 vom Schwungrad
7 zurück und gewährt dadurch der Welle 4 die freie Drehung. Im Augenblick .des Beginns
des zu messenden Zeitraumes nun wird der Stromkreis .des Elektromagneten 9 beim
:Stromunterbrecher 17 .unterbrochen: Demgemäß läßt edier Anker 9 seinen Anker frei
und dieser, und :damit auch das Schwungrad 7 und Jie mit diesem verbundenen Welle4.erfahren
.durch .die vorher gespannte Feder io :einen Antrieb, infolged-essen der Zeiger
5 über idie Skala hinwegwandert. Im Endpunkt :des zu messenden Zeitraumes aber wird
der Stromkreis des Elektromagneten 15 durch den Stromunterbrecher 18 unterbrochen.
In diesem Augenblick wird der Bremsklotz an &s Schwungrad angelegt und .dieses
sowie die Welle 4 kommen zum Stillstand. Am Zeiger 5 kann man dann auf .der entsprechend
geeigneten Skala 6 unmittelbar die Länge des Zeitraumes abmessen, der zwischen .dem
Niederdrücken der beiden Stromunterbrecher 17 und 18 verflossen ist.
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Die Feder i i zehrt, wie bemerkt werden mag, einen Teil der durch
die Feder io dein beweglichen System erteilte lebendige Kraft auf, da sie nach der
Unterbrechung des Stromkreises des Elektromagneten 9 wieder gespannt wird, .sobald
der mit der Welle sich bewegende Zeiger 5 seine in Albb. i dargestellte Ruhelage
überschritten hat. Das bringt den Vorteil mit sich, daß die Skala 6 nicht gleichmäßig
zu teilen ist, sondern @daß die
Teilstrecken gegen das Ende der
@Skala zueinander näher rücken. Die Ablesegenauigkeit ist d ernnach am größten für
die kürzesten Zeiiten, die .in der Nähe des Nullpunktes liegen. Weiter ist zu ihemierken,
@daß -durch die Feder i o dem beweglichen System nur ein augenblicklicher Anfangsantnieberteilt
wird, da ja die hochschnellende Feder io alsbald durch :den -Anschlag i6 festgehalten
wird und als-.dann das ;System frei weiterfliegt. Die Größe ,des durch :die Feder
io erteilten Antriebes kann daher sehr genau .eingeregelt wenden.
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Diie Vorrichtung ist vielfacher Anwendung fähig. Ein wichtiges Anwendungsgebiet
zum Beispiel wäre elasjenige für psychophysische Messungen, zur Feststellung der
sogenannten persönlichen Gleichung. Hier würde bei Abgabe des ,Signals, auf das
der Prüfling reagieren soll, der Taster 17 niedergedrückt und damit der Zeiger .in,
;Gang gesetzt werden, während der Prüfling, ,sobald er reagiert hat, den Taster
18 niederzudrücken hat. Die Stetlung, @die der Zeiger alsdann ;bei der ;Skala erreicht
hat, ,gibt an, welcher Zeitraum verflossen ist seit Abgabe des S,i.gnais bis zu
Odem Augenblick, in dem der Prüfling .darauf reagiert hat.
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,Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet ist -das schon :eingangserwähnte,
nämlich" dasjenige der Messung,des Zeitraumes, fier zwischen dem Anlangen der von
einer bestimmten Schallquelle ausgehenden Schallwellen an der Beobachtungsstelle
einerseits auf dem dinekten Webe durch Leitung und anderseits auf dem indirekten
Wege durch ,Reflektionen verstreicht. Hier sind zweckmäßig Mikrophone anzuordnen,
.die die Schallwellen aufnehmen und in deren :Stromkreis dann Vorrichtungen angeordnet
sind, ,durch :die die Meßvorrichtung ängestellt und abgestellt wird. Besonders wichtig
ist es hierbei, dafür zu sorgen, daß bei -Aufnahme der reflektierten Schallwellen,
bei deren Anlangen das Meßgerät wieder zum Stillstand gebracht werden soll, -keine
Trübung des Ergebnisses dadurch eintritt, daßetwa durch Änderungen in der Schallstärke
oder sonstige SchWingungen die eingeleitete Stillsetzung des Meßgerätes vorübergehend
wieder unterbrochen werden könnte. Zu diesem Zweck ist die Relaisschaltung geeignet,
die schematisch in Abb.2 dargestellt ist. Zur Aufnahme der anlangenden Schallwellen
dient :eire Mikrophon 2o, das in den Stromkreis einer Batterie 21 iin Hintereinander.schaltung
mit einer Induktionsspule 22 geschaltet .ist. Diese wirkt auf eine Sekundärspule
23, die in dem Stromkreis einer Elektromagnetwicklung 24 liegt, :die auf einen Eisenkern
25 .ge5vickelt ist. Der .Stromkreis der Elektromaagnetspute 24 hat eine Unterbrechungs.stelle
26, idd:e ,durch Anoiehen .eines Ankers 12 :durch den Elektromagnetkern 25 geschlossen
werden kann.
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Der Elektromagnetkern 25 trägt noch Beine zweite Wicklung 27. Diese
ist in den Stromkreis einer Batterie 28 .geschaltet und besitzt eine Unterbrechungsstelle
2g, die durch Anziehen des -Ankers 12 ebenfalls geschlossen wird. Wird der Elektromagnetanker
12 von Handöder sonstwie in Anzugsstellung gebracht, so wenden die Stromkreise der
Elektromagnetwieklungen 24 und 27 geschlossen. In der Wicklung 24 fließt zunächst
kein Strom. Wohl aber in der Wicklung 27, und diese magnetvsiert den Kern mit einer
solchen Stärke, daß der Anker angezogen bleibt. Dementsprechend muß die Gegenfeder
14 bemessen werden. -Sie wird so eingeregelt, daß sie etwas schwächer ist, als die
von der Spule 27 ausgehende magnetischeAnzdehung. Wird die Relaisschaltung, wie
dargelegt, in Verbindung mit ,dem Kurzzeitmesser nach Abb. i verwendet, so entspricht
der El:dktromagnetanker 12 dem Bremshebel mit @derselben Bezeichnung in Abb. i und
die iAbreißfeder 14 der ebenso bezedchneten Feder, die den Bremshebel einrückt.
An @dem-Anker 12 (Abb. 2) ist also ein Bremsklotz 13 anzubringen, der auf ,das Schwungrad
7 Wirkt.
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Im Stromkreis (der Spule 24 werden Induktionsstöße erzeugt, wenn durch
Erregung des Mikrophons 2o die Stromstärke 'in der Primärspule 22 :geändert wird.
Der Zweck der Einrichtung ;ist der, den Bremsklotz 13 :einzurücken und,dadurch :das-Schwun:gra.d,
7 und die Welle 4 zum Stillstand zubringen, sobald die reflektierten !Schallwellen
anlangen und das Mikrophon 2o erregen. Diesies wird dadurch so beeinlußt, daß die
:Stromstärke im Kreise der Batterie 21 größer wird, und dadurch entsteht ein Induktionsstoß
von bestimmter Richtung in- der Sekundärspule 23. Die Wicklungsrichtung,der Spule
24 äst nun so gewählt, daß ,die durch einen solchen Induktionsstoß hervorgerufene
Magnetisiierung des Kernes 25, der durch die Spule 27 ein für allemal hervorgerufenen
Magrietisierung entgegenwirkt und so den Gesamtmagnetismus derart schwächt, d:aß
@die Feder 14 Idas Übergewicht erlangt und den Anker abreißt. Der Erfolg der Schaltung
ist nun reicht,einzusehen. :Schwingt die Schallplatte des Mikrophons nach der -ersten
Erregung wieder zurück, so daß ein .Stromstoß von entgegengesetzter Richtung in
der Sekundärspule erzeugt werden würde, so kommt ein solcher reicht mehr zur Entstehung,
weil der Stromkreis der ,Sekundärspule bei 26 unterbrochen ist. Das Ergebnis der
Beobachtung kann also nicht mehr gestört werden, nachdem durch die ersten anlangenden
Schallwellen der Elektromagnetanker zum Abfall gebracht und dadurch die Welle 4
.stillgesetzt ist.
Es hat sich gezeigt, daß die finit ,diesem einfachen
Instrument erzielte Genauigkeit hinter den bekannten Registriermethoden, bei den-en
z. B. Stimmgabelschwingungen zwischen Zeitma rk-en ausgezählt v: erden, nicht zurücksteht.
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Es ändert nichts a:li Wesen der ErfinJung, :renn statt des Zeigers
5 die Achse .1 mit ,einem oder mehreren Spiegeln versehen wird, so .daß die Ables,ung
durch einen gespiegelten Lichtfleckerfolgt. Ebenso bleibt der Grundgedanke der Erfindung
ungeändert, wenn die Bewegungen der Achse 4 zur Ablesung ins Hohe oder ied:ere übersetzt
werden, wenn an Stelle der elektromagnetischen Betätigung eine mechanische tritt,
wenn bei Beendiigung der Messungen nicht das ganze bewegliche System, sondern nur
:der Zeiger stillgesetzt wird, wenn an Stelle der Bremse eine Klinke verwandt wird,
die in eine Zahnung eingreift, und wenn die Antriebsfeder nicht nur einen Momentstoß
erteilt, sondern auch während der Messung im Eingriff mit dein beweglichen System
bleibt. Das Wesentliche (besteht Immer nur darin, daß eine treibende Kraft von bestimmter
Größe plötzlich entspannt wird und -dann nur einen ,einmaligen, stets gleichen Stoß
erteilt, so .daß bei jeder Messung der stets gleiche Ablauf der Bewegung erzielt
wird, ohne ,daß .Regelungsorgane, wie Ankerhemmungen mit Unruhe oder verstellbare
Windflügel us-,v. erforderlich wären. Dadurch unterscheidet sich :die Erfindung
von allen solchen mit Uhrwerken, bei denen dauernd eine verhältnismäßig grofle Antriebskraft
eingeschaltet bleibt und nur :die Regelung ein- und ausgeschaltet wird.
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Das Relais nach Abb. 2 kann selbstverständlich auch in der Weise ausgeführt
werden, daß der Anker 12, wenn er losgelassen wird, nicht unmittelbar auf ,die Bremssch.eiba
7 wirkt, sondern erst wieder :durch Vermittlung elektromagnetischer Einrichtungen,
die durch den abfallender Anker ein- und au=sgeschaltet werden.