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Einrichtung zum messen niedriger Frequenzen, insbesondere der Pulsfrequenz.
In dem Patent 447 759 ist in verschiedenen Ausführungsformen ein Apparat beschrieben
worden zur Messung von niedrigen Frequenzen, insbesondere der Pulsfrequenz. Auch
ist eine Einrichtung vorgeschlagen -worden, mit der durch den Puls ein elektrischer
Strom unterbrochen werden kann, der den eigentlichen Frequenzanzeigeapparat bedient.
Der letztere beruht darauf, daß eine Reihe verschieden abgestimmter schwingungsfähiger
Gebilde im Takt der Pulsfrequenz angestoßen werden, und daß man die Frequenz aus
dem je nach der Entfernung von der Resonanz verschieden starken Ausschlag der Gebilde
erkennt.
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Es hat sich gezeigt, daß infolge der erforderlichen großen Dämpfung
das Maximum der Resonanzkurve ein sehr flaches ist, so daß eine große Anzahl Schwingungsgebilde
in nahezu gleich starker Bewegung sind. Dieser Umstand würde zur Folge haben, daß
es außerordentlich schwer wäre, die Pulshöhe genau abzulesen, wenn nicht am Resonanzpunkt
ein Wechsel der Schwingungsphase um r8o° eintreten würde, d. h. in demselben Augenblick,
wo die Schwingungsgebilde unterhalb der Resonanzfrequenz ihren höchsten Ausschlag
nach links haben, schlagen die Schwingungsgebilde oberhalb des Resonanzpunktes nach
rechts aus, so daß man die Resonanz an der Stelle erkennt, wo dieser Phasenwechsel
stattfindet.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man die Genauigkeit der Ablesung
vergrößert und dem Instrument die Eigenschaft gibt, daß es die Pulshöhe selbsttätig
aufzeichnet.
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Zur Erklärung, wie dies Ziel erreicht wird, möge die Anordnung dienen,
bei der die Schwingungsgebilde die Form von Schwerkraftpendeln haben und auf elektromagnetischem
Wege bewegt werden, wobei der den Elektromagneten erregende Strom durch den Pulsdruck
im Pulstakte geschlossen und unterbrochen wird.
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Abb. z zeigt schematisch diese Anordnung. W ist ein Eisenkern mit
den scheibenförmigen Polschuhen L und 0 und der Erregerspule S. Diese Spule empfängt
ihren Strom von der Stromquelle E. Die Unterbrechung des Stromkreises erfolgt durch
den Puls mittels einer Kontaktvorrichtung F. Am Rande des Polschuhes L sind die
Schwerkraftpendel Cr aufgehängt.
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Die beiden Polschuhe L und 0 sind eigentümlich gestaltet. L hat einen
Umriß, wie er durch Abb. z dargestellt wird. Dadurch wird erreicht, daß der Abstand
der Kante dieses Polschuhes von den verschiedenen auf einem Kreis angeordneten Pendeln
G verschieden groß ist, und zwar sollen die Pendel
mit der niedrigsten
Schwingungszahl den größten Abstand und somit die geringste Menge Magnetismus erhalten.
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Der Polschuh 0 hat die Form eines Sternes, wie sie Abb. 3 zeigt, und
die Pendel stehen in den Zwischenräumen zwischen den Zacken.
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Durch die eigentümliche Gestaltung der Polschuhe und die richtige
Wahl der Abstände der Pendel sowohl von den Polschuhen selbst als auch von der Spule
S und- dein Magnetkern W wird erreicht, daß die Pendel in einem stark asymmetrischen
Felde schwingen, und daß infolgedessen die magnetische Anziehungskraft auf die Pendel
außerordentlich stark zunimmt, wenn sie sich dem Magnetfelde nähern. Abb.4 gibt
den Pendelausschlag a als Funktion der Feldstärke .1 wieder. Wenn man erwägt, daß
die Pendel unterhalb des Resonanzpunktes gegenüber den Pendeln oberhalb dieses Punktes
mit einer Phasenverschiebung von i8o° in Bewegung sind, so erkennt man, daß die
Beschleunigung durch die magnetische Anziehung infolge des Stromschlusses dann erfolgt,
wenn die ersteren im starken Felde nahe dem Magneten sind, während die zuletzt genannten
Pendel sich im schwachen Felde in großer Entfernung von der Spule befinden. Infolgedessen
werden die Pendel unterhalb des Resonanzpunktes bevorzugt.
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Zeichnet man die Größe der Ausschläge der verschiedenen Pendel beim
Anstoße mit einer bestimmten Frequenz auf, so ergibt sich nicht die bekannte Resonanzkurve
in Abb. 5, vielmehr nimmt infolge der Begünstigung der Pendel unterhalb des Resonanzpunktes
R die Resonanzkurve die Form der Abb. 6 an.
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Für die Ablesung ist es am klarsten, die Kurve der Feldstärke (Abb.
q..) so steil zu machen, daß die Pendel oberhalb des Resonanzpunktes R nur kleine
Nickbewegungen ausführen, d. h. praktisch stillstehen.
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Diese neue Form der Resonanzerscheinung ermöglicht also eine bequeme
Benutzung des Instrumentes sowohl für direkte Ablesung als auch für die selbsttätige
Aufzeichnung.
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Die Polschuhe L und O können auch viele andere Formen haben, durch
die die gleiche Feldverteilung erreicht wird. So kann z. B. statt der sternförmigen
Ausbildung- des Polschuhes O eine Scheibe mit Löchern vorgesehen werden und ähnliches
mehr.
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Das Verfahren, nach dem der Apparat befähigt wird, selbsttätig die
Pulsfrequenz aufzuzeichnen, beruht darauf, daß man die Pendel mit Bleistift, Tinte
oder auf chemischem oder elektrischem Wege Striche auf ein Papier- oder Stoffband
zeichnen und dabei nur die kräftig ausschlagenden zur Wirkung kommen läßt, während
die Pendel, die nur kurze Nickbewegungen machen, bei der Aufzeichnung ausfallen.
Man muß hierbei ein direktes und ein indirektes Verfahren unterscheiden.
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Bei dem direkten Verfahren schreiben die Pendel unmittelbar auf das
Schreibband, das zu diesem Zweck im passenden Abstand an ihnen vorbeigeleitet wird.
Natürlich kann man auch umgekehrt die Pendel mit einem feststehenden Papierzylinder
umgeben und mit Hilfe eines Uhrwerks den Apparat selbst relativ zu diesem Zylinder
bewegen. Das direkte Verfahren hat den Vorzug der Einfachheit, bringt aber die Gefahr
mit sich, daß die Schwingungen der Pendel beim Aufstoßen auf das Schreibband leicht
gestört werden und dadurch die Resonanzlage verschoben wird.
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Es möge hier nur das indirekte Verfahren im einzelnen erläutert werden.
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Jedem Pendel steht je ein federnd nachgiebiger Kontakt in einem gewissen
Abstande gegenüber. Sind die Schwingungen groß genug, um diesen Abstand zu überbrücken,
so berührt bei jedem Ausschlag das Pendel den Kontakt, was bei zu kleinen Schwingungen
nicht der Fall ist. Durch die Berührung wird ein Stromkreis geschlossen, der von
einer äußersten Stromquelle mit Energie versorgt wird, und der entstehende Strom
wird benutzt, Zeichen auf einem Schreibbande hervorzubringen. Der Strom kann, ähnlich
wie beim Morsetelegraphen, elektromagnetisch eine Schreibvorrichtung mit Bleistift
oder Tinte in Tätigkeit setzen oder auf elektrochemischem Wege Zeichen auf dem Schreibbande
hervorrufen.
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Die letztgenannte Form möge hier dargelegt werden: Die Anordnung wird
durch Abb. i im Schema, durch Abb. 7, 8 und 9 genau dargestellt. Den Pendeln G stehen
U-förmige Hebelchen io gegenüber, die bei i i drehbar aufgehängt sind. Der Schwerpunkt
dieser Hebelchen liegt einseitig zum Drehpunkt, so daß sie das Bestreben haben,
sich den Pendeln G zu nähern und daran nur durch einen regulierbaren Anschlag 1a
gehindert werden. Sobald sich ein Pendel G genügend aufgeschaukelt hat, kommt es
in Kontakt mit dem ihm gegenüberliegenden Hebel io und hebt ihn von dem Anschlag
1a ab. Die Kontakthebel i o stehen bei dieser Bauart also unter der Wirkung einer
Vorspannung durch die Schwerkraft, eine Anordnung, die bei den kleinen erforderlichen
und zulässigen Drucken den Spiral- und Blattfedern im allgemeinen vorzuziehen sein
wird.
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Zur Sicherung des Stromschlusses ist an der Berührungsstelle
13 jedes Pendel G und jeder Hebel io mit Platiniridium bedeckt.
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Der Kontakt braucht nicht direkt zwischen
G und io
stattzufinden. Statt dessen kann der Anschlag 12 von der Aufhängung i i der Kontakthebel
io isoliert sein. Sobald bei dieser Anordnung ein Pendel G den zugehörigen Kontakthebel
io anstößt, wird kein Stromkreis geschlossen, sondern es findet eine Unterbrechung
dadurch statt, daß i o von i-, abgehoben wird. Man kann de letztere als Ruhestromanordnung,
die erstere als Arbeitsstromanordnung in bekanntem Sinne bezeichnen.
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Die Zahl der Pendel G und somit auch die Zahl der Gegenkontakte i
o ist vorzugsweise 2q., entsprechend den verschiedenen Pulsstufen.
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Ist beispielsweise die Pulsfrequenz 8o (Abb.6), so werden die Pendel
16 herunter bis etwa zu 13 die Gegenkontakte io erreichen, während das bei den Pendeln
von 17 aufwärts nicht der Fall ist. Mit Hilfe eines Widerstandes (1q. in Abb. 7
bis 9) kann man die Magneterregung regulieren und somit auch die Zahl der aktiven
Pendel.
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Die Anschläge 12 bzw. die Aufhängungen i i sind durch die Drähte 15
mit 24 Federn 16 verbunden, die an ihrem Ende drehbare Rollen 17 tragen und diese
gegen eine breite Walze 18 andrücken, die über alle 2:T Rollen hin wegreicht. Sowohl
die Walze 18 wie die Rollen 17 sind auf ihrem Umfange geriffelt. vorzugsweise die
Rollen 17 mit tieferer und gröberer Riffelung als die Walze 18. Außerdem ist eine
weitere Walze i9 vorgesehen, die im Zusammenarbeiten mit 18 zum Transport des Papieres
24. dient. Diese beiden Walzen werden durch die Federn 16 gegeneinander gepreßt,
wobei das Lager von 18 ausreichend Spiel haben muß. -Um das Papier bequem einführen
zu können, können mit einem Hebel 20 und dem Exzenter 21 die Rollen 17 abgehoben
werden. Ein rundgebogenes Blech 52 dient beim Einfädeln zur Papierführung.
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Die breite Walze 18 wird angetrieben durch ein Uhrwerk oder einen
Motor 22, vorteilhaft mit Hilfe eines Schneclcenvorgeleges 23, mit einer solchen
Übersetzung, daß das Papier 24 mit passender Geschwindigkeit, etwa 12 bis 24. cm
in der Minute, zwischen 17 und 18 hindurchgewunden wird. Der Ventilator oder Windflügel
25 dient zur Konstanthaltung der Geschwindigkeit. Das Papier 2:I wird mit Hilfe
der Rollen 26 und 27 in die in dem Gefäß 28 befindliche Flüssigkeit (Salzwasser)
getaucht, so daß es gut durchfeuchtet zwischen den Rollen 17 und 18 hindurchgeht.
Die Rallen 26 und 27 und die Papiervörratsrolle 29 sind in einem Rahmen
30 gelagert, so daß sie gemeinsam aus der Flüssigkeit in dem Behälter 28
herausgehoben werden können. In dieser Lage wird der ganze Rahmen durch die Knöpfe
31 festgehalten, die in eine am Behälter 28 befestigte Auflage 32 eingreifen. 33
ist ein Gewicht zum Bremsen der Papierrolle 29. 3.1. ist ein Feuchtigkeitsabstreifer
für das aus der Flüssigkeit herauskommende sehr nasse Papier.
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Das Papier 24 ist eine Art Fließpapier oder Zeitungsdruckpapier und
mit Lackmus, Phenolphthalein, Alizarin o. dgl. getränkt oder bedruckt. An 35 (Abb.
i und 7) liegt eine Stromquelle, die, sobald beim Arbeitsstromverfahren von einem
der Pendel G der Kontakt mit den Hebeln io hergestellt ist, einen Strom über G,
i o, i i, 15, die betreffende Feder 16, die betreffende Rolle 17 durch das feuchte
Papier nach der Walze 18 schickt, die über eine Glühlampe oder einen anderen Widerstand
36 mit dem anderen Pol von 35 in Verbindung steht. Die schmalen Rollen 17 dienen
also zwei Zwecken: sie helfen zur Fortbewegung des Papiers und führen dem feuchten
Papier den Strom zu. Beim Schluß des Stromes zersetzt dieser die in das Papier eingedrungene
Salzlösung. Es bildet sich hTatronlau.ge, die das Lackmus, Alizarin oder Phenolphthalein
in dem Papier verfärbt.
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Eine Abänderung des Verfahrens besteht darin, daß man nicht präpariertes
Papier verwendet, sondern den Behälter 28 mit der chemischen Lösung, z. B. Lackmuslösung,
füllt und so das Papier damit tränkt.
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Die durch die Rollen 17 bewirkten Aufzeichnungen auf dem Schreibband
haben das Aussehen der Abb. i o. Ein schwingendes und seinen Kontakthebel io berührendes
Pendel G erzeugt jeweils einen Strich auf dem Papier. Der am höchsten liegende Strich
zeigt den Puls an. Abb. io entspricht bei 6-6 etwa dem Pendelschwingungsbild Abb.6.