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Gebestelle für eine elektrische Fernmeßeinrichtung. Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Fernübertragung der Angabe von Meßinstrumenten unter
Verwendung eines Magnetrons. Das Magnetron ist bekanntlich eine magnetisch gesteuerte
Röhre mit einer geradlinigen Kathode und. einer konzentrischen Zylinderanode, die
von einer außerhalb der Röhre liegenden Solenoidspule so umschlossen sind, daß die
Feldrichtung des Solenoids parallel zu der Achse der Elektroden
liegt.
Die Elektronen werden durch das von der Solenoidspule erzeugte Magnetfeld gezwungen,
sich in gekrümmten Bahnen von der Kathode zur Anode zu bewegen. Bei genügender Magnetstärke-
des Magnetfeldes können diese gänzlich von der Anode abgehalten werden. Die hierzu
erforderliche Größe des Magnetfeldes ist für jede Röhre festliegend. Im folgenden
sei diejenige magnetische Feldstärke, bei welcher unter normal gegebenen Umständen
die Elektronen gerade zur Umkehr gezwungen werden und somit eine Unterbrechung des
Anodenstromes eintritt, mit »Grenzfeld« bezeichnet. Die Entladung in der Röhre kurz
vor der Unterbrechung durch das Grenzfeld sei »Grenzentladung« genannt.
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Gemäß der Erfindung wird die Magnetronröhre zur Fernübertragung der
Angaben von Meßinstrumenten, insbesondere von elektrischen Instrumenten, derart
verwendet, daß das auf eine bestimmte Größe eingestellte Magnetfeld in Abhängigkeit
von den Angaben des Gebeinstrumentes gesteuert wird, und zwar so, daß die im Anodenstromkreis
erzeugten Ströme oder Stromstöße der Angabe des Gebeinstrumentes proportional sind.
Hierdurch werden die im Anodenkreis liegenden Empfängereinrichtungen entsprechend
beeinflußt. Die Magnetronröhre kann in verschiedener Weise gesteuert werden, z.
B. durch einen permanenten Magneten, der an der Achse des Gebeinstrumentes befestigt
und gegenüber dem Magnetron schwenkbar angeordnet ist.
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Sollen Zeigerstellungen übertragen werden, so wird man zweckmäßig
fortlaufend fließende Ströme erzeugen. Das Magnetfeld des Solenoids ist dann so
einzustellen, daß gerade die Grenzentladung auftritt. Bei einer Schwenkung des mit
dem Instrument verbundenen permanenten Magneten längs der Magnetronröhre wird diese
Elektronenentladung auf bestimmte Gebiete der Röhre beschränkt, wobei die in der
Übertragerleitung erzeugten Ströme dem Zeigerausschlag des Meßinstrumentes proportional
sind.
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Eine solche Einrichtung läßt sich auch in gleicher Weise für die Fernregistrierung
von Zählerangaben verwenden, indem man die Stellung des Magneten von der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Zählers abhängig macht. Man kann aber auch in der übertrager-Leitung Stromstöße
erzeugen, die eine das Zählwerk antreibende Sperrklinkenvorrichtung in Betrieb setzen.
Während eines Teiles des Weges werden dann die Elektronen also auf- die Anode nicht
mehr auftreffen. Der mit der Zählerscheibe verbundene permanente Magnet verursacht
dann während seines Vorbeistreifens an der Magnetronröhre eine Elektronenentladung,
bei der die Elektronen in der Spiralbahn auf die Anode auftreffen, so daß in der
Übertragerleitung ein Stromstoß erzeugt wird, der in bekannter Weise das Fernregistrierwerk
steuert.
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An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
soll die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert werden.
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Abb. i zeigt die Gesamtanordnung einer Meßvorrichtung, und zwar stellt
die linke Hälfte der Abb. i die Geberseite und die rechte Hälfte die Empfängerseite
dar. Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Einzelteiles der Einrichtung. Abb. 3
zeigt eine Entladungsstromkurve, Abb. q. einen Querschnitt durch ein Magnetron,
Abb. 5 eine schematische Darstellung der in den verschiedenen Teilen des Magnetrons
durch einen Magneten hervorgerufenen Kraftflußänderungen. Abb. 6 und 7 zeigen Querschnitte
an verschiedenen Teilen des Magnetrons nach Abb.5. Abb. 8 zeigt eine Stromkurve,
aus der die mit den Instrumentenabweichungen eintretenden Anoden-Stromveränderungen
ersichtlich sind, und Abb. 9 die besondere Ausführungsform eines Gebeinstrumentes.
In Abb. io ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Fernmeßeinrichtung dargestellt.
! Wie aus den Abb. i und 5 ersichtlich ist, enthält die Magnetronröhre i in einem
geschlossenen, hoch evakuierten Glasbehälter 16 einen geraden Heizfaden 17 und eine
um den Heizfaden konzentrisch angeordnete und von <. der Röhrenwand durch Distanzstücke
i9 abgehaltene Anode 18. Um den Glasbehälter 16 ist ein Solenoid 2o gewickelt, das
ein magnetisches Feld parallel zur Achse des Magnetrons erzeugt. Der Heizfaden 17
ist mit dem Solenoid 2o über Lampen 22 an eine Gleichstromquelle 2,1 geschaltet.
Zweck und Wirkung der Lampen 22 werden später erläutert. Die Anode 18 ist mit dem
die Empfangsvorrichtungen 26 und das Meßinstrument 24 ent-11 haltenden Stromkreis
25 verbunden. Ein einstellbarer Widerstand 23 ist zu der Kathode 17 und dem
Solenoid 2o parallel geschaltet.
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Ist kein magnetisches Feld vorhanden, so erfolgt die Elektronenentladung
in der aus Abb. 4 ersichtlichen Weise. Erzeugt jedoch das Solenoid 2o ein Feld,
so treffen die Elektronen in einer spiralförmigen Bahn auf die Anode 18 auf. Dies
tritt desto mehr in Erscheinung, je stärker das Magnetfeld ist. Bei einer bestimmten
Feldstärke, beispielsweise bei q.o Gauß, werden die Elektronen, wie es Abb.-6 zeigt,
unter einem sehr kleinen Winkel auf die Oberfläche der Anode 18 -aufprallen. Die
in Abb. 3 dargestellte Kurve zeigt, wie sich die Elektronenentladung in der Röhre
i, die dem Strom in dem äußeren Stromkreis
bei einem gegebenen Anodendurchmesser
und bei einer bestimmten Spannung proportional ist, mit der Stärke des parallel
zu der Röhre verlaufenden Magnetfeldes verändert. Wird das Magnetfeld über 44 Gauß
hinaus vergrößert, so erreichen die Elektronen die Anode 18 nicht mehr, sondern
werden zur Kathode wieder zurückgeworfen. Infolgedessen fällt der Strom in dem Übertragungsnetz
25 sehr plötzlich auf Null. Durch eine sehr kleine Verstärkung des Magnetfeldes
kann also die aus Abb. 6 ersichtliche Elektronenentladung in die in Abb. 7 gezeigte
umgewandelt werden; ebenso kann auch der Elektronenstrom in derRöhre i auf bestimmte
Gebiete beschränkt werden. Hierdurch kann die Elektronenentladung in dem einen Teil
der Röhre i so stattfinden, wie es in Abb. 6 dargestellt, und in dem anderenTeil
so, wie in Abb.7 gezeigt ist. Diese Eigenschaft des Magnetrons wird nun für die
Fernübertragung der-Angaben eines Meßinstrumentes 24 benutzt.
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Nach Abb. i und 2 ist mit der Achse 14 des Instrumentes io, das zweckmäßig
durch eine magnetische Kappe 15 abgedeckt wird, ein kleiner permanenter Magnet 13
verbunden, der sich bei einer Drehung der Achse 14. mit seinem einen Ende von der
einen Seite nach der anderen Seite der Röhre i bewegt.
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Das Gewicht des Magneten 13 ist gegenüber dem Gewicht des Zeigers
i i durch ein einstellbares Gegengewicht 29 ausgeglichen. Der Steuermagnet 13 kann
in einem Halter 27 in seiner Länge verstellt werden. Er kann, da nur eine sehr leichte
Veränderung des Magnetfeldes in der Röhre i erforderlich ist, sehr klein gehalten
werden. Seine Zugkraft auf das Solenoidfeld der Magnetronröhre i ist infolgedessen
praktisch zu vernachlässigen. Die Feineinstellung der Stärke des Magnetfeldes erfolgt
durch den hohen Widerstand 23. Durch die Lampen 2a wird der in ihrem Stromkreis
fließende Strom konstant gehalten. Ihre Wirkung beruht auf der Tatsache, daß in
einer normalen, mit Gas gefüllten Wolframlampe die Veränderung des Widerstandes
infolge der Temperatur und die Abkühlungswirkung des Gases in solch einer Weise
zusammenarbeiten, daß der durch die Lampen fließende Strom genau proportional der
Quadratwurzel der Spannung an ihren Anschlüssen über einen weiten Bereich der Spannung
ist. Durch Anwendung solcher Lampen wird also bei Verwendung eines gewöhnlichen
als Stromquelle 21 dienenden Gleichstromerzeugers die Spannung im wesentlichen konstant
gehalten, zumal da der Widerstand des Heizfadens 17 und des Solenoids 20 im Vergleich
zu den Lampen 22 nur gering ist. Steht eine von vornherein konstante Stromquelle
zur Verfügung, so erübrigen sich natürlich die Lampengruppen 22.
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Nimmt man an, daß das Magnetfeld der Solenoidspule 2o so eingestellt
ist, daß in der Magnetronröhre r gerade die Grenzentladung auftritt, und befindet
sich der Nordpol des Magneten 13 gegenüber dem Südpol des Solenoids 2o (linke gestrichelt
gezeichnete Stellung Abb. 5), so daß der permanente Magnet 13 das Magnetfeld des
Solenoids unterstützt, so wird das die Magnetronröhre i beeinflussende Magnetfeld
so verstärkt, daß die Elektronen-die in Abb. 7 dargestellten Bahnen durchlaufen.
Es wird infolgedessen in dem Übertragernetz 25 kein Strom fließen können. Diese
Stellung des Magnetrons möge der Nullstellung des Meßinstrumentes entsprechen. Schwingt
der Magnet 13 in die Mittelstellung (ausgezogen gezeichnete Stellung), so unterstützt
er die rechte Hälfte des Magnetfeldes und schwächt die linke. Die rechte Hälfte
der Röhre wird folglich eine Elektronengrenzentladung nach Abb. 7 und die linke
_ Hälfte eine Elektronenentladung nach Abb. 6 erhalten. Da also nur eine Hälfte
der Röhre leitend ist, wird ein Strom in dem Netz 25 fließen, der nur der halben
Leitfähigkeit der Röhre gleichkommt. In diesem Falle befindet sich der Zeiger i
i in der Mitte der Instrumentenskala 12. Bewegt sich der permanente Magnet 13 weiter
nach dem Nordpol des Solenoids io zu, so wird die Röhre 16 immer stärker wirksam
werden. Der Strom in dem Übertragungsnetz 25 erreicht sein Maximum, wenn der Steuermagnet
13 gegenüber dem Nordpol des Solenoids liegt (rechte gestrichelt gezeichnete Stellung).
Der Steuermagnet 13 vermindert die Feldstärke in allen Teilen des Magnetfeldes der
Magnetronröhre 16, so daB sich in der ganzen Röhre eine Elektronenentladung nach
Abb.6 einstellen wird. Der Zeiger i i des Meßinstrumentes io zeigt dann den größten
Meßbetrag an.
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In Abb. 8 ist die Stromkurve in Abhängigkeit von der Instrumentenabweichung
dargestellt. Der in dem Übertragernetz 25 fließende Strom wird durch ein gewöhnliches
Milliamperemeter 24 gemessen, dessen Skaleneinteilung in Einheiten der Skala 12
geeicht ist. Wie aus der in Abb. 8 dargestellten Stromkurve ersichtlich ist, weist
diese keine genaue gerade Linie auf; da diese aber stets konstant bleibt, kann sie
bei der Eichung des Instrumentes 24 mit berücksichtigt werden.
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Der in dem übertragernetz hervorgerufene geringe Anodenstrom wird
nur wenig von dem hohen Widerstand des äußeren Stromkreises beeinflußt. Es können
daher lange Leitungen mit hohem Widerstand, wie Telephonnetze, für das Übertragungsnetz
25 verwendet
werden. Wenn es erwünscht ist, können auch
mehrere Meßinstrumente in das Übertragungsnetz eingeschaltet werden. In Abb. i ist
außer dem Zeigerinstrunieüt 2a noch ein Integrationszähler 26 in das Stromnetz
a5 eingelegt.
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Abb. g zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Übertragung
eines Stromes, der proportional der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Integratioiiszähiers
30 ist. Ein permanenter Bremsmagnet 31, der mit einer aus gutleitendem Material
hergestellten Zählerscheibe 33 zusammenwirkt, ist um die Achse 35 des Zählers
30 schwenkbar angeordnet. Die rotierende Zählerscheibe 33 übt auf den Bremsmagneten
31 eine Zugkraft aus, wodurch eine der Zählergeschwindigkeit proportionale Schwenkung
des Bremsmagneten 31 eintritt. Hierdurch wird nun der mit dem Magneten 31 fest verbundene
permanente Magnet an dem Magnetron 16 entlang bewegt, so daß das Magnetron in der
bereits beschriebenen Weise gesteuert wird.
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Der Steuermagnet 13 wird hier nicht seitlich an der Magnetronröhre
16 vorbeibewegt, sondern über diese geführt; dies ergibt eine geradere Stromkurve
als die in Abb.8 gezeichnete.
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Bei den bekannten Einrichtungen, in denen ein Zählwerk durch Stromstöße
von einem Zähler ferngesteuert wird, treten gewöhnlich unerwünschte Reibungen und
häufige Zeitstörungen auf, die durch Abnutzung oder Abbrennen der Kontakte hervorgerufen
werden. Diese Übelstände werden gemäß der weiteren Erfindung durch die Anordnung
nach Abb. io vermieden. Die Zählerwelle 35 ist mit dem Steuermagneten 13 verbunden.
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Bei einer Drehung der Zählerscheibe 33 wird dann beim jedesmaligen
Vorbeistreifen des Magneten 13 in dem Anodenstromkreis 25 eine Elektronenentladung
eintreten, so daß der auftretende Stromstoß die das Zählwerk 37 antreibende Sperrklinke
36 in Betrieb setzt.
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Bei dieser Einrichtung sind alle Kontakte vermieden, so daß der Zähler
keine störenden Bremsmomente zu überwinden hat.
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Im Falle die Magnetronröhre infolge ihrer Empfindlichkeit Beeinflussungen
durch Fremdfelder ausgesetzt ist, können Störungen durch geeigneten Einbau und gegebenenfalls
magnetischen Schutz leicht vermieden werden.