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Einrichtung zur Einstellung eines beweglichen Gliedes, z. B. eines
Anzeige- oder Schreiborgans, in Abhängigkeit von der Häufigkeit einer Impulsfolge
Bei Fernmeßeinrichtungen, die nach dem Impulsfrequenzverfahren betrieben werden,
wird in der Regel an der Empfangsstelle aus der fernübertragenen Impulsfolge eine
zweite Impulsfolge, deren einzelne Impulse konstante Intensität besitzen, gebildet
und diese einem trägen Meßgerät zugeleitet. Ein Nachteil dieser Empfangseinrichtungen
beruht in dem Umstand, daß im unteren Bereich des Empfangsgerätes (> a bis 3 Imp.)
der Zeiger desselben im Takte der ankommenden Impulse mehr oder weniger stark hin
und her pendelt. Dieses macht sich besonders bei Verwendung von Tintenschreibern
als Empfangsgerät sehr unangenehm bemerkbar (breite unsaubere Kurven im ersten Skalendrittel).
Ferner ist bei Verwendung von Tintenschreibern die Kontaktbelastung des Empfangsrelais
infolge der großen Kapazität und Ladespannung des Empfangskondensators sehr hoch.
Dadurch treten leicht Beschädigungen bzw. Verschleiß der Umschaltekontakte auf.
Handelt es sich um die Fernübertragung mehrerer Meßwerte über eine gemeinsame Leitung,
wobei die einzelnen Empfangsgeräte über Umschalter nacheinander an die Fernleitung
angeschlossen werden, so sind in manchen Fällen, insbesondere bei Registriergeräten,
besondere Einrichtungen erforderlich, die beim Abschalten eines Meßgerätes von der
Fernleitung den Zeiger in der zuletzt eingenommenen Stellung festhalten und ihn
erst beim Wiederanschalten der betreffenden Empfangseinrichtung an die Fernleitung
freigeben. Außerdem läßt sich auch bei Verwendung eines trägen Meßgerätes, das in
Abhängigkeit von der Zahl der ihm zugeleiteten Impulse eingestellt wird, die Skala
des Gerätes nicht voll für die betriebsmäßig vorkommenden Werte der Meßgröße ausnutzen,
d. h. es läßt sich nicht, wenigstens nicht mit einfachen Mitteln, erreichen, daß
der Zeiger des Gerätes bereits bei Unterschreiten des niedrigsten Wertes der betriebsmäßig
vorkommenden Impulshäufigkeit die an sich durch die Bauart des Gerätes gegebene
Nullstellung einnimmt. Es wird also nur ein Teil der vollen Skala für die betriebsmäßig
vorkommenden Werte ausgenutzt. Ein wditerer Nachteil der genannten Empfangseinrichtung
besteht darin, daß die Anzeige von der Spannung der verwendeten Ortsstromquelle
abhängig ist und somit bei Spannungsänderungen dieser Stromquelle Fehler entstehen.
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Es sind auch Einrichtungen zur Fernmessung nach dem Impulsfrequenzverfahren
bekannt, deren Empfangseinrichtung aus einem als Stromwaage ausgebildeten Nullinstrument
besteht, das mit Hilfe eines Motors einen Widerstand zur Beeinflussung eines zur
Anzeige dienenden Wechselstrominstrumentes verstellt. Neben dem komplizierten
Aufbau
haben diese Einrichtungen den überaus großen Nachteil, daß die Anzeige von der Konstanthaltung
zweier Spannungen, einer Gleich- und einer Wechselspannung, am Empfangsort abhängig
ist.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine für nach dem Impulsfrequenzverfahren
betriebene Fernwirkanlagen geeignete Empfangseinrichtung zu schaffen, die die obengenannten
Nachteile der bisher verwendeten Empfangsanordnungen vermeidet und nach Möglichkeit
sich aus in der Meßtechnik häufig auch zu anderen Zwecken verwendbaren Teilen aufbauen
läßt. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß eine Empfangseinrichtung mit an sich
bekanntem Nullgalvanometer mit von diesem selbsttätig gesteuerter Einrichtung zur
Kompensation seines Einstellmomentes und einem in Abhängigkeit von der Impulshäufigkeit
einzustellenden, mit der Kompensationseinrichtung unmittelbarmechanisch gekuppelten
Glied derart ausgebildet ist, daß über das Nullgalvanometer zwei in bezug auf dessen
Einstellung von derselben Stromquelle gespeiste, einander entgegenwirkende Stromkreise
geführt sind. Indem einen dieser Stromkreise liegt ein ab- oder polumschaltbarer
Kondensator und in dem anderen ein Widerstand oder Spannungsteiler, der selbsttätig
von dem Nullgalvanometer eingestellt wird und von dessen Einstellung die Stellung
des Anzeige- oder Schreiborgans eindeutig abhängig ist.
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Es werden hierbei die fernübertragenen Impulse, soweit angängig, unmittelbar
oder nach Umbildung in eine Impulsfolge konstanter Intensität einem Nullinstrument
zugeleitet, das seinerseits eine Kompensationseinrichtung zur Kompensierung des
durch die zugeleiteten Impulse hervorgerufenen Einstellmomentes selbsttätig steuert.
Mit der Kompensationseinrichtung ist das in Abhängigkeit von der Impulshäufigkeit
einzustellende Glied mittelbar oder unmittelbar gekuppelt. Da das von der Kompensationseinrichtung
aufzubringende Gegeneinstellinoment von der dem Nullinstrument zugeleiteten Impulshäufigkeit
abhängig ist, 'so entspricht jeweils die Stellung des mit der Kompensationseinrichtung
gekuppelten Gliedes eindeutig der Häufigkeit der fernübertragenen Impulsfolge.
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In der Zeichnung sind' drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht.
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In Fig. i ist i das Nullinstrument der Empfangseinrichtung, von dem
zur Vereinfachung der Darstellung nur die im Nebenschluß zu dem Widerstand 2 liegende
Spule eingezeichnet ist. Über das Nullinstrument i sind zwei in bezug auf die Einstellung
des Nnllinstrumentes einander entgegenwirkende Stromkreise I und 1I geführt, und
zwar verläuft der eine Stromkreis von der Klemme a des Widerstandes 3 über den Kondensator
4., den Widerstand 5, das Nullinstrument i, die Leitung 6 zu der anderen Klemme
b des Widerstandes 3, während der zweite Stromkreis von der Klemme b des Widerstandes
3 über die Leitung 6 des Nullinstrumentes i, die Leitung 7 zu dem Kontakt c eines
einstellbaren Spannungsteilers 8 verläuft. Der Widerstand 3 und der Spannungsteiler
8 liegen in Reihe mit einem Widerstand g an einer Gleichstromquelle io.
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Der Kondensator q. ist mittels einer in der Zeichnung nur schematisch
veranschaulichten Umschalteinrichtung derart in den Stromkreis I eingefügt, daß
bei jeder Betätigung der Umschalteinrichtung der in der Ruhestellung der Umschalteinrichtung
kurzgeschlossene Kondensator q. vorübergehend in den Stromkreis eingeschaltet oder
daß der Kondensator q., sofern er dauernd in dem Stromkreis liegt, umgepolt -wird.
Die Betätigung der Umschalteinrichtung erfolgt in der bekannten Weise über ein Relais
mittels der fernübertragenen Impulsfolge. Der Kondensator ¢ wird somit bei jedem
Impuls in den Stromkreis I eingeschaltet oder umgepolt. Es werden daher beim Betrieb
der Übertragungseinrichtung aus der Stromquelle io über den Kondensator q. dem Nullinstrument
Impulse zugeleitet, die bei konstanter Spannung der Stromquelle io eine konstante
Intensität besitzen und deren Häufigkeit der Häufigkeit der fernübertragenen Impulse
proportional ist. Um das Nullinstrument i nicht durch die einzelnen Impulse stoßartig
zu beeinflussen, ist eine Glättungsschaltung vorgesehen, die aus dem Widerstand
5 und den beiden Kondensatoren i i und 12 besteht. Durch diese Glättungsschaltung
wird aus den einzelnen Impulsen im wesentlichen ein zusammenhängender gleichmäßiger
Gleichstrom gebildet.
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Die Richtung des Stromes in dem zweiten Stromkreis II, der über die
Leitung 6, das Nullinstrument i und die Leitung 7 verläuft, ist der Richtung des
Stromes im ersten Stromkreis entgegengerichtet, so daß infolgedessen bei gleicher
Größe der Ströme beider Stromkreise das Nullinstrument stromlos wird und die Nullstellung
einnimmt. Ist der Strom im Strohkreis I größer als der im Stromkreis II, so schlägt
das Nullinstrument aus und verstellt dadurch in der unten noch näher beschriebenen
Weise den Spannungsteiler 8, bis der Strom in dem Stromkreis II von gleicher Größe
wie der im Stromkreis I und das Nullinstrument wieder in die Nullage zurückgekehrt
ist. Da die Größe des Stromes in dem Stromkreis II von der Einstellung des
Spannungsteilers
8 abhängig ist, so gibt dessen Einstellung ein Maß für die Stärke des Stromes im
Stromkreis I und damit auch für die Häufigkeit der fernübertragenen Impulsfolge.
Da bei dein dargestellten Ausführungsbeispiel beide Stromkreise von der gleichen
Stromquelle to gespeist werden, so hat eine Spannungsänderung der Stromquelle to
eine entsprechende Änderung des Stromes in beiden Stromkreisen zur Folge. Es wird
also durch eine Spannungsänderung der Stromquelle to das Verhältnis der beiden Ströme
in dein Stromkreis I und Il nicht geändert. Die Einstellung des Spannungsteilers
8 gibt daher unabhängig von Spannungsänderungen (=in eindeutiges Maß für die Häufigkeit
der fernübertragenen Impulsfolge. Es besteht somit die Möglichkeit, das einzustellende
Glied mit der Einstellvorrichtung des Spannungsteilers 8 zu kuppeln.
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Die Einstellung des Spannungsteilers 8 in Abhängigkeit von dem Nullinstrument
kann in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise erfolgen. Es ist hierbei angenommen,
daß das Nullinstrument als Fallbügelgerät ausgebildet ist. Das Nullinstrument, von
dem nur der Fallhügel i,, und der Zeiger lb in Fig. 2 veranschaulicht sind, steuert
über zwei Bremshebel 13 und 14 und zwei Bremsscheiben 15 und 16 zwei Uhrwerke 17
und 18, die über Stirnr iider 17a, 18« mit zwei Hohlwellen 1g und 20 gekuppelt sind,
die ihrerseits die beiden Seitenräder 21 und 22 eines Differentialgetriebes tragen.
Das Planetenrad 23 des Differentialgetriebes wird von der Welle 24 getragen, auf
der der Spannungsteiler 8 in Form eines IZingrohnviderstandes angeordnet ist.
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Die innerhalb des Ringrohres 8" angeordnete Widerstaildsspirale
8" geht nach außen in die beiden Klemmen b und d über. Weiterhin besitzt
der Ringrohrwiderstand eine Elektrode 81, die außerhalb des Rohres in die
Klemme c übergeht und deren in das Rohr hineinragendes Ende so angeordnet ist, daß
es in jeder betriebsmäßig vorkommenden Stelhing des Ringrohres in Verbindung mit
der Ouecksilberfüllung desselben steht. Wie leicht aus der Zeichnung zu entnehmen
ist, hat eine Drehung des Ringrohres über die Welle 2.4 zur Folge, daß die Ouecksilberfüllung
relativ zu der Widerstandsspirale 8b verschoben wird. Eine Drehung des Ringrohres
wirkt also ebenso, wie wenn bei einem Spannungsteiler mit Schiebekontakt dieser
verschoben wird. Es kann daher der dargestellte Spannungsteiler ohne weiteres an
die Stelle des in Fig. i dargestellten Spannungsteilers 8 treten, der lediglich
der Übersichtlichkeit halber in Fig. i als Widerstand mit Schiebekontakt dargestellt
ist.
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Auf dem anderen Ende der Welle 2:4 ist der Schreibhebel 25 eines Registriergerätes
26 befestigt. Wie durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet, sucht das Uhrwert:
18 das mit ihm gekuppelte Seitenrad 2 2 des Differentialgetriebes im entgegengesetzten
Sinne zu drehen, wie das Uhrwerk 17 das mit ihm gekuppelte Seitenrad 21. Die Bremshebel
13 und 1.4 werden mittels Federn 13,, bzw. 1..1« in der dargestellten Lage gehalten,
in welcher Tiber die Bremsscheiben 15 und 16 die Uhrwerke 17 und 18 am Ablaut verhindert
werden. Die einander zugekehrten Enden der Bremshebel 13 und 14 enden in einem solchen
Abstand voneinander, daß in der Nullstellung des Zeigers lb dieser beim Niederdrücken
des Fallbügels i" in die Lücke zwischen den beiden Bremshebeln gleitet, ohne diese
zu betätigen.
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Es sei angenommen, daß die fernübertragene Impulshäufigkeit ihren
Wert geändert habe, beispielsweise größer geworden sei, und infolgedessen auch der
Strom in dem Stromkreis I (Fig. i) größer geworden sei. Das hat zur Folge, daß das
Nullinstrument nach der einen Seite ausschlägt und beim nächsten Niederdrücken des
Fallbügels i, (Fig. 2) der eine Bremshebel, beispielsweise der Bremshebel 13, von
der zugehörigen Bremsscheibe 15 abgehoben und das Uhrwerk 17 freigegeben wird. Dieses
beginnt nunmehr abzulaufen und verstellt über das Stirnrad 17a und die Hohlwelle
19 das Seitenrad 21, das seinerseits das Planetenrad 23 mitnimmt und dadurch den
Spannungsteiler 8 verstellt. Hiermit ist in dem angenommenen Falle eine Erhöhung
des Stromes in dem Stromkreis II (Fig. i) verbunden. Sobald die Ströme in beiden
Stromkreisen wieder bleich sind, kehrt der Zeiger lb des Nullinstrumentes i in die
Nullage zurück, und der Bremshebel 13 sperrt über die Bremsscheibe 15 wieder das
Uhrwerk 17. Ein entsprechender Vorgang tritt ein, wenn infolge einer Verringerung
der Häufigkeit der fernübertragenen Impulsfolge der Strom im Stromkreis I kleiner
wird. In diesem Falle schlägt das Nullinstrument nach der anderen Seite aus, und
es wird der Spannungsteiler 8 im entgegengesetzten Sinne verstellt, bis der Zeiger
1b in die Nullstellung zurückgekehrt ist.
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Bei der neuen Empfangseinrichtung besteht die Möglichkeit, in einfacher
Weise die unteren Teile der Skala zu unterdrücken, oder anders gesagt, die zur Verfügung
stehende Skala in ihrem ganzen Bereich nur für den praktisch interessierenden Teil
der übertragenen Meßwerte zu benutzen. Beträgt z. B. der Höchstwert der betriebsmäßig
vorkommenden Impulshäufigkeit sechs Impulse pro Sekunde, so interessieren in der
Regel Werte der Impulshäufigkeit, die unter 3
oder 2 liegen, nicht
mehr. Durch Vorschaltung eines Widerstandes g (Fig. i) vor den Spannungsteiler g
und entsprechende Bemessung des Spannungsteilers kann man erreichen, daß dieser
und der mit ihm gekuppelte Schreibhebel 25 die Nullstellung erst verläßt, wenn die
fernübertragene Impulshäufigkeit beispielsweise den Wert :2 übersteigt, und daß
der Schreibhebel die Endstellung erreicht, wenn die Impulshäufigkeit auf den betriebsmäßig
vorkommenden Höchstwert angestiegen ist.
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Um zu verhindern, daß die durch Ruf-oder Umladung des Kondensators
4 hervorgerufenen Stromimpulse über die Leitung 7 an dem Nullinstrument i vorbeigeleitet
werden, ist in die Leitung 7 ein Widerstand 76 eingefügt. Dieser muß etwa so groß
gewählt «-erden, daß das Verhältnis aus der Summe des Widerstandes 5 und des Widerstandes
des 1NTullinstrumentes und der Summe des Widerstandes 7" ungefähr gleich 1/4 bis
ifio ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i bilden die beiden Stromkreise
I und II im Prinzip eine Wheatstonesche Brücke, deren Diagonalzweig durch das Nullinstrument
i und die Leitung 6 gebildet wird. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit,
die beiden Stromkreise I und II in zwei getrennte Kreise aufzulösen, die dabei zweckmäßig
wiederum von der gleichen Stromquelle gespeist werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen dem
nach Fig. i. Der Stromkreis II ist jedoch abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel
an die Diagonalpunkte einer Wheatstoneschen Brücke 3o angeschlossen, und in dieser
ist der in Abhängigkeit von dem Nullinstrument selbsttätig einstellbare Widerstand
8 angeordnet. Bei Verwendung des in Fig. 2 veranschaulichten Ringrohrwiderstandes
wird dieser so in die Brücke eingefügt, wie es den in Fig. 2 und 3 verwendeten Bezugszeichen
für die Klemmen b, d und c entspricht. Wie leicht einzusehen ist, hat eine
Verstellung des Widerstandes 8 eine entsprechende Änderung des an den Diagonalpunkten
der Brücke 3o herrschenden Potentialunterschiedes zur Folge. Demnach ist die Wirkungsweise
der Schaltung nach Fig.3 die gleiche, wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
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In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. Über das Nullinstrument I sind ebenfalls wieder zwei einander entgegenwirkende
Stromkreise I und II geführt. Abweichend von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
liegt jedoch in dem Stromkreis II ein Kondensator 3i. Dieser besitzt die gleiche
Kapazität wie der in dem Stromkreis I liegende Kondensator 4 und ist ähnlich wie
dieser mittels einer Umschalteinrichtung in den Stromkreis II eingefügt, wobei jedoch
die Umschalteinrichtung des Kondensators 31 mittels eines nicht dargestellten,
an der Empfangsstelle aufgestellten Impulsgebers betätigt wird, der z. B. ein spannungsunabhängiger
Zähler sein kann, in dessen Stromkreis ein in Abhängigkeit von dem Nullinstrument
i gesteuerter Widerstand liegt. Hierzu kann wieder die in Fig. 2 veranschaulichte
Einrichtung mit dem Ringrohrwiderstand 8 verwendet werden. Wie leicht einzusehen
ist, wird auch in diesem Falle der Widerstand 8 in Abhängigkeit von dem Ausschlag
des Nullinstrumentes stets so lange verstellt, bis die durch Auf- oder Umladung
des Kondensators 31 in dem Stromkreis II hervorgerufene Impulshäufigkeit
der durch die fernübertragene Impulsfolge in dem Stromkreis I hervorgerufenen Impulshäufigkeit
entspricht. Die Einstellung des Widerstandes 8 und des mit ihm gekuppelten Schreibhebels
gibt somit auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein eindeutiges Maß für die Häufigkeit
der fernübertragenen Impulsfolge.
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Die oben beschriebene Empfangseinrichtung kann selbstverständlich
außer zur Fernmessung auch zur Fernregelung o. dgl. verwendet werden, wobei dann
noch außer dem Schreibhebel25 das zu verstellende Organ einer Regelvorrichtung o.
dgl. auf der Achse 24 angebracht ist.
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Bei Mehrfachübertragung über eine gemeinsame Fernleitung können mehrere
der beschriebenen Empfangseinrichtungen an der gleichen Empfangsstelle vorgesehen
und beispielsweise über die bekannten Umschalter nacheinander an die Fernleitung
angeschlossen werden. Sofern man hierbei jeweils die einzelnen Empfangseinrichtungen
beim Abschalten von der Fernleitung gleichzeitig auch von der Stromquelle abschaltet,
was sich durch eine entsprechende Ausbildung der Umschalteinrichtung leicht erzielen
läßt, behält das einzustellende Organ, also mit Bezug auf Fig.2 der Schreibhebel25,
die zuletzt eingenommene Stellung. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn es sich
um Registriergeräte handelt.
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Es sei zum Schluß noch darauf hingewiesen, daß die beschriebene Einrichtung
auch zur Kapazitätsmessung bzw. Aufzeichnung des jeweils eingestellten Wertes einer
veränderlichen Kapazität verwendet werden kann. Bei dieser Verwendungsart tritt
der Kondensator, dessen Kapazität gemessen oder aufgezeichnet werden soll, an die
Stelle des Kondensators 4 der Schaltung nach Fig. i bis 3 und wird im Gegensatz
zur Fernmessung
mit einer konstanten Häufigkeit pro Zeiteinheit
in den Stromkreis I eingeschaltet und wieder abgeschaltet.