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Einrichtung zur Fernablesung, Fernregistrierung usw. einer sich ändernden
physikalischen oder chemischen Größe Zur elektrischen Fernanzeige, Fernregistrierung
u. dgl. von Bewegungen verschiedenster Art ist es üblich, Schleifkontakte zu verwenden,
durch die der elektrische Zustand der Fernleitung derart beeinflußt wird, daß sich
am Beobachtungsort ein Zeiger oder eine Registriernadel in einer Weise bewegt, welche
einen eindeutigen Rückschluß auf die gleichzeitige Stellung der Schleifkontakte
zuläßt. Diese Art der Fernübertragung erfordert an der Sendestelle erhebliche Eingriffe
bzw. eine im Hinblick auf die Fernübertragung speziell zugeschnittene Apparatur
und liißt sich überdies nur anwenden, wenn geiiügend Kräfte zur Betätigung von Kontakten
zur Verfügung stehen.
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Es ist aber schon vorgeschlagen worden, durch die betreffenden Vorgänge
lediglich die Kapazität bzw. Selbstinduktion eines Generatorschwin:gungskreises
zu beeinflussen und auf der Empfangsseite das Abstimmungsglied eines Resonanzkreises
periodisch zu verändern, so daß eine in diesen Resonanzkreis gelegte Glimmröhre
entsprechend der jeweils sich einstellenden Frequenz des Generatorkreises bei verschiedenen
Sfellungen des Abstimmungsgliedes aufleuchtet. Eine solche Anordnung erfordert zu
ihrem Betriebe jedoch Hochfrequenz, welche sich nur schwer durch Drahtleitungen
übertragen läßt und infolge der in weiten Grenzen dauernd schwankenden Wellenlänge
in der Umgebung jeden Empfang unmöglich macht. Des weiteren hat man vorgeschlagen,
statt der bisher üblichen Kontakte nur einen Lichtzeiger zu bewegen, der auf eine
lichtempfindliche Apparatur fällt, welche seinen Bewegungen folgt und dann durch
seine eigene Bewegung die üblichen Fernübertragungseinrichtungen steuert. Die Erfindung
vermeidet diesen Umweg und schafft unter Übertragung von Erfahrungen aus dem Gebiete
der Bildtelegraphie auf den vorliegenden Anwendungszweck eine außerordentlich einfache
und universell anwendbare Einrichtung zur Fernanzeige, bei der an dem beobachteten
System keinerlei mechanische Kräfte angreifen und höchstenfalls geringfügige Änderungen
getroffen zu werden brauchen-(Ansetzen eines Spiegelchens, Schwärzen des Hintergrundes
o. dgl.), um die Fernübertragung der Anzeige zu ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Lösung des genannten Problems
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl, welcher auf einen feststehenden
elektrischen Lichtindikator (Selenzelle, Photozelle o. dgl.) fällt, mit -Hilfe eines
mechanischen -Bewegungssystems periodisch durch das gesamte Meßfeld hindurchgeführt
und der im Lichtindikator auftretende, zeitlich schwankende Strom über die Fernleitung
verstärkt oder unverstärkt einer am Ableseort angeordneten, trägheitsarmen Lichtquelle
zugeführt wird, welch letztere in Verbindung mit einer Skala und einem zweiten,
mit dem ersten synchron bzw. quasisynchron laufenden, auf seine Phasenlage kontrollierbaren
Bewegungssystem, das die Lichtquelle oder die Skala bewegt, die Ablesung vermittelt.
Abb.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die es gestattet, die Fernablesung beliebiger
Zeigerinstrumente auf außerordentlich einfache Weise vorzunehmen. Auf ein Meßinstiument
13 fällt von der Lichtquelle i und deren Reflektor über eine um eine Achse 14. rotierende
Spiegelanordnung 1 5 ein Lichtstrahl, der von einem Spiegelchen 16, das am Zeiger
des Instruments 13 angebracht ist, auf die Photozelle 5 reflektiert wird. Infolge
der Drehbewegung des rotierenden Spiegels 15 wird dieser Lichtstrahl periodisch
durch das gesamte Meß= feld geführt. Ein Lichtimpuls auf die Photozelle 5 erfolgt
aber nur an der Stelle, wo dieser Lichtstrahl auf das Zeigerspiegelchen 16 fällt.
Die lichtelektrischen Ströme der Photozelle 5 wirken auf das Gitter einer Elektronenröhre
9 in der Weise, daß im Augenblick dieses Lichtimpulses ein sprungweises Anwachsen
des Anodenstromes erfolgt. Als Ablesevorrichtung eignet sich die in Abb.3 dargestellte
Anordnung, welche mit einer indirekten Lichtquelle in Form eines Spiegels arbeitet.
Um eine Achse 17 rotiert eine Feder 18, die an ihrem Ende ein Spiegelchen i9 trägt.
Auf diese Feder i8 wirkt ein Magnetsystem 2o, das mit ihr gleichzeitig rotiert und
im Stromkreis der Elektronenröhre 9 liegt. Das Spiegelchen 1g wirft das Licht einer
Lichtquelle 2i auf einen Schirm 22 zurück, und der entstehende Lichtpunkt führt
auf diesem zweckmäßig als 'Mattscheibe ausgebildeten Schirm eine kreisende Bewegung
aus, die nur dann aus ihrem nach außen abgebogen wird, wenn infolge eines Lichtimpulses
auf die Photozelle 5 das Magnetsystem 2o erregt und die Feder 18 zurückgebogen wird.
Abb. 4. zeigt das _ auf der Mattscheibe 22 entstehende Bild, wenn man diese Mattscheibe
in Richtung des Pfeiles (Abb. 3) betrachtet. Der Kreis 23 entsteht durch Lichtreflektion
vom unbeein= flußten Spiegel ig. Die Spitze 24 entsteht durch die plötzliche Abbiegung,
welche die Feder 18 erfährt, wenn am Meßort in der beschriebenen Weise der Beobachtungslichtstrahl
auf das Spiegelchen 16 trifft und infoll;edessen für einen kurzen Zeitraum auf die
Photozelle 5 reflektiert wird. Die beiden Antriebsmotoren müssen natürlich synchron
laufen.
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Da bei den erfindungsgemäßen Anordnungen die Stellung von Spiegeln
und Marken auf Maxima bzw. Minima der Beleuchtung eines passend angeordneten elektrischen
Lichtindikators zurückgeführt und deren räumliche Lage am Ableseort wiedergegeben
wird, kann man nach der Erfindung selbstverständlich auch -Erscheinungen fernablesen,
welche sich unmittelbar in Form von Helligkeitsschwankungen ausdrücken. Ein derartiges
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. i. Auf der Aufnahmeseite fällt von
einer Lichtquelle i ein Beobachtungslichtstrahl durch ein Nikol 2 und die auf ihren
Polarisationswinkel zu beobachtende Flüssigkeit 3 sowie durch ein rotierendes Nikol
4 auf eine Photozelle 5. Durch seine Drehung führt das rotierende Nikol den Beobachtungslichtstrahl
periodisch durch das gesamte Meßfel.d, dessen Maxima bzw. Minima zu bestimmen sind.
Synchron laufend mit dem rotierenden Nikol 4 (im vorliegenden Falle der Einfachheit
halber starr gekoppelt) ist ein Arm 6 angeordnet, welcher eine Glimmröhre 7 trägt
und vor einer Skala 8 rotiert. Die Ströme der Photozelle 5 wirken auf das Gitter
einer Elektronenröhre 9, in deren Anodenkreis eine Glimmröhre 7 parallel zu einem
Widerstand io liegt. Die Stromübertragung auf die Glimmröhre 7 erfolgt durch eine
Schleifringanordnung i i. Die Schaltung der Photozelle 5 ist zweckmäßig so vorgenommen,
daß der Anodenstrom der Elektronenröhre 9 zunimmt, wenn die Belichtung der Photozelle
5 abnimmt. Bei jeder Drehung des rotierenden Nikols 4 geht die Belichtung der Photozelle
zweimal durch ein Minimum, und an dieser Stelle steigt der Spannungsabfall am Widerstand
io derart, daß die Glimmröhre 7 anspricht. Es werden also zwei Punkte der Skala
8 durch das Ansprechen der Glimmröhre 7 angezeigt, und man kann durch passendes
Einregulieren der Heizung 12 den Anodenstrom der Elektronenröhre 9 stets derart
einstellen, daß die Markierung vollkommen scharf wird. Zweckmäßig läßt man das Nikol
a mit der von ihm getragenen Glimmröhre sich so rasch drehen, daß die Markierung
infolge der Trägheit des Auges festzustehen scheint.
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Die oben beschriebenen -Anordnungen gestatten ohne Abweichung vom.
eigentlichen Arbeitsprinzip die Ausführung einer Reihe von Veränderungen ihres Aufbaues
und der verwendeten Einzelteile. So kann man z. B. die Svnchronität zwischen dem
am Meßort stationierten und dem am Ableseort angeordneten Bewegungssystem entweder
über eine Spezialleitung in der Art der Hughes-Telegraphen oder einfach dadurch
erreichen, daß man Synchronmotoren benutzt, die am selben Wechselstromnetz liegen.
Wählt man die letztere Art der Synchronisierung, so macht sich lediglich für die
Ströme des elektrischen Lichtindikators eine Sonderleitung erforderlich. Des weiteren
kann man den Verstärker (9, io, 12) an der Ablese-stelle montieren, so daß man dort
durch Regulierung der Heizung 12 stets für saubere Abfesbarkeit zu
sorgen
vermag: Statt die Glimmröhre 7 zu bewegen, kann man auch die Ableseskala 8 bewegen
und durch eine feststehende Glimmröhre periodisch beleuchten lassen. Man erhält
dann ebenfalls eine scheinbar feststehende Ablesung, ist aber auf die Ausschaltung
von Nebenbeleuchtungen angewiesen. Schließlich kann man die beschriebenen synchronen
Bewegungssysteme auch durch quasisynchrone Systeme ersetzen, z. B. indem man die
rotierende Bewegung des Nikols .4 an der Ablesestelle durch eine mit gleicher Periode
oder in einer Harmonischen dieser Periode sinusförmig schwingenden Feder wiedergibt.
Auf diese Weise kann man mit bestimmter Phasenverschiebung aufeinanderfolgende Impulse
(wie im Beispiel der Abb. 1 die mit 18o° Phasenverschiebung einander folgenden beiden
Stellen vollkommener Verdunkelung) an der Ablesestelle zur Deckung bringen. Das
gleiche würde erreicht, wenn an der Ablesestelle die Glimmröhre? mit der doppeltenGeschwindigkeit
rotiertewie dasNikol4. ls würde dies ein anderer Fall quasisynchronen Laufes sein.
Wesentlich ist aber -stets, claß man die einzelnen Stellen der Ableseskala stets
eindeutig den entsprechenden Stellen des Meßfeldes zuordnen kann. , Die in Abb.
3 dargestellte Ableseanordnung läßt offenbar nicht nur das überschreiten eines Schwellwertes
erkennen, sondern gestattet auch ein qualitatives Verfolgen der Beleuchtungsintensität
über das ganze Meßgebiet. Das gleiche läßt sich mit Hilfe einer Glimmröhre in sehr
einfacher Form erreichen, wenn man ihr nach Art eines Glimmoszillographen eine stabförmige
Kathode gibt, deren Bedeckung entsprechend der angelegten Spannung wächst. Abb.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung einer solchen Röhre. Von
der Lichtduelle 1 gelten zwei Lichtstrahlen in bekannter Weise durch zwei Tröge
25 und 26, die zwei Flüssigkeiten enthalten, deren Durchlässigkeit laufend verglichen
werden soll. Eine schwingende Blende 27 läßt einmal den einen, das andere Mal den
anderen Lichtstrahl auf die Photozelle 5 fallen. Die lichtelektrischen Ströme der
Photozelle 5, die bei genügender Lichtintensität nicht unbedingt verstärkt zu werden
brauchen, werden einer Glimmröhre 29 zugeführt, welche auf einer schwingenden Feder
28 befestigt ist, die sich synchron mit der schwingenden Blende 27 bewegt. Die synchrone
Bewegung kann durch Erregung der beiden schwingenden Systeme von einem gemeinsamen
Unterbrecher oder durch Betreiben beider über ein gemeinsames Wechselstromnetz erzielt
werden. Die Glimmröhre 29 ist nach Art eines Glimmosillographen ausgebildet und
in Abb. 6 gesondert dargestellt. Ihre Kathode 3o besteht, wie oben angegeben, aus
einem langgestreckten Draht, dessen Glimmbedeckung nach dem Hehlschen Gesetz ziemlich
proportional der hindurchfließenden Stromstärke sich von den der Anode 31 am nächsten
liegenden Punkten aus verschieden weit über die Kathode erstreckt. Ist die Lichtdurchlässigkeit
der Flüssigkeiten in den beiden Trögen 25 und 26 verschieden, so erscheint auf der
Ableseseite für das Auge des Beobachters ein Bild gemäß Abb.7. An den beiden Punkten,
wo die synchron mit der Glimmröhre 29 schwingende Blende 27 Licht auf die Photozelle
5 gelangen läßt, bedeckt sich. die Kathode 30 der Glimmröhre 29 auf einer Länge
mit Glimmlicht, die der auffallenden Lichtintensität entspricht. Das Auge sieht
also gemäß Abb. 7 nebeneinander zwei helle Striche verschiedener Länge. Ist die
Durchlässigkeit gleich, so wird auch die Länge der Glimmbedeckung beide Male gleich,
und man kann auf diese Weise, wenn einer der beiden Tröge 25 und 26 mit einer Vergleichsflüssigkeit
gefüllt oder durch einen unveränderlichen Lichtfilter ersetzt ist, in dem anderen
Trog das Eintreten einer bestimmten Durchlässigkeit, Farbschattierung o. dgl. und
daraus rückschließend Glas Eintreten eines bestimmten Reaktionszustandes aus der
Ferne ablesen.
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Auch rotierende Systeme können erfindungsgemäß mit einer Spezialglimmröhre
gemäß Abb:6 ausgerüstet werden. Ersetzt man in Abb. i die Glimmröhre 7 durch eitle
solche Spezialröhre, so erhält man auf der Ableseseite ein Bild gemäß Abb. B. Vor
einer Skala 32 erscheint das schraffiert gezeichnete leuchtende Bild, dessen beide
Spitzen 33 die Beleuchtungsminima angeben, welche beim Drehen des Nikols ,I in der
Belichtung der Photozelle 5 auftreten.
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Es hat sich gezeigt, daß die Frage der 'Synchronisierung in einzelnen
Fällen eine Schwierigkeit darstellen kann. So können beim Anlaufen der Synchronmotoren
zwischen der Meßstelle und der Ablesestelle Phasenverschiebungen entstehen, die
auch im weiteren Lauf erhalten bleiben und naturgemäß die Ablesung völlig fälschen.
Nach der Erfindung werden solche Fehlerquellen vermieden, indem auf der Meßseite
Vorsorge getroffen wird, daß unter einem vorbestimmten Phasenwinkel bei jeder oder
bei fast jeder Periode in der Fernleitung eine steile Stromänderung erzeugt wird,
die all der Ablesestelle zum Ausdruck kommt und im Falle einer richtigen Phasenübereinstimmung
dort an einer bestimmten Stelle des Ablesefeldes erscheinen muß. Es sei dies am
Beispiel der Abb. 2 und 3 näher erläutert.
Bringt man gemäß Abb.9
auf dem Instrument 13 (Abb. 2) an einer Stelle, wo es nicht Stört, ein Spiegelehen
34 an, so erhält das in Abb. 4. dargestellte Ablesungsbild eine Veränderung gemäß
Abb. io insofern, als an der diesem Spiegelehen 34 entsprechenden Stelle die Zacke
35 auftritt. Durch die Marke 36 kann man den Punkt festlegen, an welchem diese Zacke
35 bei Phasenrichtigkeit auftreten muß. Erscheint sie an falscher Stelle, so kann
man im einfachsten Falle die ganze Ableseskala entsprechend nachdrehen. Zweckmäßiger
ist es jedoch, diese Phasenverschiebung dadurch zu kompensieren, daß man mit Hilfe
eines Zwischengliedes die Lage der Anzeigevorrichtung zu ihrer Antriebswelle verändert.
Ausführungsformen für ein Zwischenglied, das diese Nachstellung Während des Betriebes
gestattet, zeigen Abb. i i und 12. In Abb. i i ist 37 die vom Synchronmotor der
Ablesevorrichtung kommende und 38 die die Ablesevorrichtung tragende Achse, welche
z. B. der Achse i 7 in Abb. 3 entspricht. Gemäß Abb. 12 wird dasselbe Ziel auf eine
andere Weise erreicht. In die Achse 37 ist eine schraubenförmige Nut 42 eingefräst,
in der der Mitnehmerzapfen 43 der Rohrachse 38 gleitet. Durch die Spindel 44 kann
die Rohrachse 38 in axialer Richtung verschoben werden, und es erhellt, daß sich
hierbei durch Gleiten des Zapfens .43 in der Nut 42 während des Betriebes die beiden
Achsen 37 und 38 gegeneinander verdrehen.
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Wesentlich günstiger ist die Anordnung nach Abb. i i. Zwischen die
beiden Achsen 37.. und 38 ist erfindungsgemäß ein Zwischenglied in Form eines Planetradgetriebes
39 eingeschaltet. Durch Verstellen des zugehörigen Planetradträgers .4o mit Hilfe
einer Schnecke .Ii können die Achsen 37 und 38 w iihrend des Betriebes gegeneinander
verdreht werden, und zwar um beliebige Beträge. Es ist also jederzeit möglich, auf
diese Weise in dem Ablesebild Abb. io die Zacke 35 mit der Markierung 36 zur Deckung
zu bringen und so die für einwandfreies Arbeiten der Anlage ausschlaggebende Phasenrichtigkeit
sicher herzustellen. Die Betriebssicherheit dieser Anordnung ist außerordentlich
groß.
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Der beschriebene, unter vorbestimmtem Phasenwinkel erfolgende Impuls
läßt sich naturgemäß auf die verschiedenste Art und Weise der Fernleitung aufprägen.
So kann eine am rotierenden oder schwingenden Svstem der Meßstelle angebrachte Blende
eine Hilfslichtquelle freigeben.