-
Einrichtung zur Aufzeichnung der Zeitpunkte, in denen auf einanderfolgende
Ereignisse eintreten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufzeichnung der
Zeitpunkte, in denen a@ufeinanderfolgende Ereignisse reintreten. Solche Ereignisse
können elektrischer Art sein, ,also beispielsweise ixi der zeitweiligen Änderung
irgendeiner normalerweise gleichbleibenden elektrischen Größe bestehen; im allgemeinen
aber werden sie irgendwie stoßartiger Natur sein und müssen dann. zur Messung in
der erfindungsgemäßen Anordnung, die ein elektrisches Registriergerät und eine Kontakteinrichtung
benutzt, in Änderungen. einer elektrischen Gröf@e. umgewandelt werden.
-
Zur Erläuterung seien in folgendem mehrere Beispiele gegeben. Es ist
oft wichtig, die Zeitpunkte genau zu bestimmten, in denen ein elektrisches Meßgerät
festgelegte Grenzwerte überschreitet, sei ges zur Spannungs-oder Frequenzüberwachung
in Kraftwerken, zur Belastungsüberwachung von elektrischen Maschinen, zur Temperaturüberwachung
o. dgl. Auch die -Zeitpunkte des Auftretens elektrischer Spannungsstöße an bestimmten
Stellen von Kraftleitungen (Belastungsstöße, Wanderwellen, Ausgleichsvorgänge) sind
mitunter zu bestimmen. Gegenüber diesen rein elektrischen Aufgaben besteht aber
auch die Notwendigkeit der zeitlicher. Registrierung allgemeiner, sich wiederholender
Ereignisse. Beispiele für solche Aufgaben sind hauptsächlich Bewegungs- und Drehzahlmessungen
mannigfacher Art. Allgemein ist ja die Bewegung .eines Körpers längs einer vorgegebenen
Bahn dann bestimmt, wenn die Gesamtstrecke in mehrere Teilstrecken aufgeteilt wird
und die Zeitpunkte der Übergänge von. der einen zur nächsten Teilstrecke bestimmt
werden. Als spezielle Meßaufgaben der Bewegungsmessung seien nur genannt die Rücklaufmessung
von Geschützrohren, die Flugzeitmessung von Geschossen, die Drehzahlmessung besonders
hochtouriger Maschinen.
-
In bekannter Weise wird die Aufgabe der Aufzeichnung von Zeitpunkten
mehrerer aufeinanderfolgender Ereignisse durch die Verwendung einer Kontakteinrichtung
in Verbindung mit einem .elektrischen Registriergerät gelöst, wobei in Sonderfällen,
nämlich bei rein elektrischen Vorgängen, die Kontakteinrichtung fortfallen kann.
-
Für reinen solchen Spezialfall folgt die bekannte Meßanordnung dem
Schema der Abb. i. Hierin bedeutet a eine elektrische Spannung, deren gelegentliche.
Änderungen zeitlich bestimmt werden sollen. Dazu wird die Spannung an ein elektrisches
Registriergerät gelegt, das aus einem elektrischen Meßinstrument i und einer mit
meßbarer Geschwindigkeit bewegten Schreibfläche 2 besteht. In bekannter Weise lassen
sich mit einer solchen Anordnung die Zeitpunkte t1 bis 1,1 usw. bestimmen. In den
weitaus meisten Fällen wird es sich jedoch nicht darum handeln, die Zeitpunkte für
die Änderungen einer elektrischen Größe zu bestimmen, welche direkt das Meßinstrument
i betätigen kann, sondern man wird, etwa nach Abb.2, eine Kontakteinrichtung zwischenschalten,
die den Zweck hat, einen Hilfsstromkreis für das
Meßinstrument zu
schließen, und zwar jedesmal dann, wenn das zu messende Ereignis eintritt. Die Abb.2
zeigt eine derartige ebenfalls bekannte Anordnung, z. B. zum Zwecke der Messung
der Zeitpunkte, in denen ein bewegter Körper bestimmte Stellen seiner Bahn durchläuft.
Hier ist die elektrische Spannung: eine Hilfsspannung, die einer Batterie 3 entnommen
wird und die durch eine Kontakteinrichtung 5 bis 7 gesteuert wird. Die Kontaktstücke
7, die miteinander leitend verbunden sind, sind an bestimmten Stellen der Bahn vorgesehen,
längs deren die Bewegung eines Körpers q. verfolgt. Der Gleitkontakt 5 ist dabei
starr mit dem Körper 4. verbunden. Die Ereignisse, deren Bewegungsverlauf zeitlich
gemessen werden soll, sind durch die Berührungen des Gleitkontaktes 5 mit den Bahnkontakten
7, mithin durch das `Vorbeilaufen des Körpers q. an bestimmten Stellen seiner Bahn,
bestimmbar. Grundsätzlich in derselben Weise wird jede Meßanordnung ,aufgebaut,
bei der es sich darum handelt, die Zeitpunkte zu ermitteln, in denen periodische
Ereignisse irgendwelcher Art auftreten. Immer wird eine Kontakteinrichtung gebraucht,
die beim Eintreten des Ereignisses einen Hilfsstromkreis schließt. Dieser seinerseits
betätigt einelektrisches Registriergerät, das aus einem Meßinstrument und einer
mit. bekannter Geschwindigkeit bewegten Schreibfläche besteht. Die Ausschlagsmarkierungen
auf der Schreibfläche entsprechen dann den gesuchten Zeitpunkten.
-
In einigen Fällen versagt das geschilderte Verfahren zur zeitlichen
Registrierung von aufeinanderfolgenden Ereignisseen, und zwar immer dann, wenn es
aus irgendwelchen Gründen nicht gelingt, im Augenblick des Ereignisses eine scharfe
Ausschlagsmarkierung, also eine scharfe Änderung des Schreibstromes i, zu erhalten.
Die Ursache hierfür kann im Falle der Abb. i, wo die Zeitwerte der Änderungen von
elektrischen Größen direkt gemessen werden, neinmal darin zu suchen sein, daß die
Änderung selbst nicht plötzlich erfolgt, zum anderen darin, daß die eigentliche
Einstellung der Meßgröße auf einen neuen Wert von mehr oder weniger zahlreichen
und schnellen Pendelungen begleitet ist. Beides verringert die Auswertgenauigkeit
der Kurve auf dem Registrierstreifen und damit die Genauigkeit der Zeitmessung.
Falls die Zeitmarkierung auf dem Umweg über eine Kontakteinrichtung erfolgt, ist
die Genauigkeit der Messung in hohem Maße abhängig von der einwandfreien Beschaffenheit
der Kontaktflächen hinsichtlich Übergangswiderstand und Isolationswert.
-
In allen diesen Fällen dient die @erfindungsgemäße Einrichtung dazu,
eindeutige _ und scharfe Ausschlagsmarken auf dem Registrierstreifen auch dann zu
erzielen, wenn der auslösende Vorgang entweder weich ist oder Kontaktprellungen,
Kontaktverschmutzungen oder schlechte Isolation die Genauigkeit der bekannten Methode
beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Einschaltung
einer elektrisch kippfähigen Röhrenschaltung mit zwei stabilen Gleichgewichtslagen
zwischen die Kontakteinrichtung und dem Registriergerät, und zwar so, daß beim Eintreten
jedes Ereignisses deren Steuerspannung um einen festgelegten Mindestbetrag geändert
wird und deren Anodenstrom als Schreibstrom das elektrische Registriergerät durchfließt.
-
Der Aufbau solcher kippfähiger Schaltungen, bei denen Elektronen-
oder Ionenröhren verwendet werden,., ist an sich bekannt. Das gemeinsame Kennzeichen
aller dieser Schaltungen ist immer die Tatsache, daß deren Kennlinie nicht stetig
'ist, sondern daß sie Teile .aufweist, in denen die Zustandsgrößen sich im labilen
Gleichgewicht befinden; das bedeutet, daß es bestimmte Werte der Gittereingangsspannung
(Steuerspannung) gibt, bei deren Erreichen der Anodenstrom praktisch trägheitslos
aus der eilten Ruhelage in seine zweite überkippt, und daß Steuerspannungsänderüngen,
die diese Grenzw Gerte nicht erreichen, praktisch einflußlos auf den Anodenstrom
bleiben. Solche Kippschaltungen werden in verschiedenartigem Aufbau z. B. für den
Betrieb von Kathodenstrahloszillographen benutzt. Hierbei können sie dazu dienen,
den Oszillographen für die Aufnahme von unwillkürlichen oder einmaligen Vorgängen
einzuschalten, wobei der vorher von der Schreibfläche :abgelenkte Kathodenstrahl
durch das Ansprechen der Kippschaltung in die Schreibfläche eingerückt wird. Kippschwingschaltungen
werden außerdem auch zur Zeitablenkung für Kathodenstrahloszillographen benutzt,
wobei der Kathodenstrahl periodisch einer durch den Aufbau der Schaltung vorgegebenen
Ablenkkurve folgt. Es sind aber auch Kippschaltungen mit zwei stabilen Gleichgewichtslagen
bekanntgeworden, die zur Auslösung von Relais durch elektrische Stöße sehr kurzer
Dauer oder zur Aufzeichnung von neinmaligen sehr schnellen Vorgängen, z. B. mit
dem Kathodenstrahloszillographen, benutzt worden sind. Der aufzuzeichnende Vorgang
wirkt dabei direkt auf das Schreibgerät, die Kippschaltung dient dabei lediglich
zur Einschaltung desselben.
-
Demgegenüber wird in der erfindungsgemäßen Einrichtung die Kippschaltung
in folgender Weise angewendet: Die Ereignisse, deren Zeitpunkte bestimmt werden
sollen, verändern durch Zwischenschaltung einer
Kontakteinrichtung
und seiner Hilfsstromqüelle (in den beschriebenen Sonderfällen auch direkt) die
Steuerspannung der Kippschaltung bis zu solchen Werten, daß didse bei jeder Kontaktberührung
von der einen in die andere Ruhelage überkippt, daß also ihr Anodenstrom (gleichzeitig
der Schreibstrom des Registriergeräts) bei jedem Ereignis von dem einen zum .anderen
festen Wert überkippt. Infolge der Eigenheiten einer Kippschaltung werden dabei
folgende Fortschritte erzielt Die Kontakteinrichtung wird nicht mit dem Schreibstrom
belastet, übergangswiderstände spielen deswegen keime Rolle, weil praktisch nur
Gitterspannungen gesteuert werden. Die gesteuerte Spannung kann ferner infolge von
Fehlisolation oder mechanischen Erschütterungen in gewissen Grenzen schwanken, ohne
dadurch den Anodenstrom zu beeinflussen. Bei elektrischen Vorgängen, die sich langsam
ändern, können die Zeitpunkte genau festgehalten werden, in denen die elektrische
Größe vorbestimmte Werte durchläuft. Bei elektrischen Vorgängen, die unter starken
Prellungen oder Pendelungen vor sich gehen (Wanderwellen, Blitzeinschläge), werden
diejenigen Zeitpunkte mit Sicherheit gemessen, in denen die jeweiligen Spannungsgnenzwerbe
das erstemal, wenn auch nur ganz kurzzeitig, überschritten werden.
-
Das Verhalten der,erfindungsgemäßen Meßanordnung unter Benutzung eines
Doppelgitterrohres in Kippschaltung soll im folgenden ,an Hand der Abb.3 näher erläutert
werden: Der Anodenstrom! geht jedesmal dann aus dem einen Festwert in den zweiten
über, wenn eine der beiden entgegengerichteten Spannungen Ei und E2 in genügender
Höhe auf das Steuergitter einwirken. Die Erklärung hierfür liefert die bekannte
statische Kennlinie einer Kippschaltung in Abb. q., und zwar zeigt diese,. daß zwischen
zwei stabilen Kurvenästen Pi, P2 und P3, P4, auf denen der den jeweiligen Zustand
der Schaltung kennzeichnende Zustandswert im stabilen elektrischen Gleichgewicht
ist, ein labiler Kurvenast P2, P4 liegt, auf welchem sich der Zustandswert nicht
dauernd einstellen kann. Wächst nämlich die Steuerspannung e vom Ruhewert e=0 aus
nach positiven Werten hin, so wandert der Zustandswert zunächst von der unteren
Ruhelage Pu aus bis zum unteren Kippunkt P2; nimmt e weiter zu, wenn auch nur für
eine kurze Zeitdauer, und nimmt dabei einen größeren Wert an, als dem im folgenden
als untere Anstoßspannung bezeichneten Werte e, entspricht, etwa den Wert e3, so
springt der Zustandswert von P2 aus nach P3; die Schaltung kippt aus dem Zustand
P. nach Ps; geht e wieder auf seinen Ruhewert .e=0 zurück, so stellt sich jetzt
der Zustandswert auf die obere Ruhelage Po ein. Zu Po gehört .ein Anodenstrom, der
um den Betrag Il, größer ist als der in der unteren Ruhelage Pu. Ändert sich
jetzt e um beliebige positive Beträge oder um negative Beträge, die kleiner als
die obere Anstoßspannung e, sind, so bleibt der Anodenstrom doch annähernd konstant,
d. h. seine Änderungen bleiben klein gegenüber dem Stromwert Il,. Erst wenn .e
von Po aus einen kleineren negativen Wert als die obere Anstoßspannung e,
annimmt, etwa den Werte" kippt die Schaltung wieder von P4 aus nach P, und stellt
sich.nach dem Verschwinden der Anstoßspannung wieder ,auf die untere Ruhelage
Pu ein. In den Ruhepunkten P" und Po ist ,also der Anodenstrom i den Schwankungen
von e weitgehend entzogen, solange diese nicht größer .als die Anstoßspannung des
betreffenden Ruhepunktes sind.
-
Die Meßanordnung einschließlich der Anordnung der Kontakte gemäß der
Abb.3 ist nur ,als ein Beispiel von vielen möglichen Ausführungsformen anzusehen.
Der Erfindungsgedanke läßt sich mit jeder kippfähigen Schaltung mit Elektronen-
oder Ionenröhren verwirklichen, wenn eine solche zwischen seine irgendwie geartete
Kontakteinrichtung und ein elektrisches Registriergierät so geschaltet wird, daß
die Ereignisse, deren Zeitpunkte gemessen werden sollen, die Steuerspannung der
Kippschaltung um Beträge größer als e" und e. ändern und daß der Anodenstrom der
Kippschaltung als Schreibstrom das elektrische Registrierinstrument durchfließt.
-
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Abb.3 besteht die Kontakteinrichtung
aus einer Stange, auf der leitende Teile (Bahnkontakte) mit Isolierstücken abwechseln.
Die Bahnkontakte sind in zwei Gruppen 11 und 12 aufgeteilt, die mit Klemmen K1 bzw.
K2 in Verbindung stehen; die notwendigen Anstoßspannungen für beide Kipprichtungen
werden von zwei Spannungsquellen El bzw. E2 geliefert, die in den Augenblicken auf
die Eingangsklemmen der Kippschaltung geschaltet werden, in denen ein Kontakt 0
währendseiner Gleitbewegung seinen der Bahnkontakte gerade berührt. Als Schreibstrom
dient der Anodenstrom! der Kippschaltung. Aus den vorher angeführten Eigenschaften
der Kippschaltung folgt, daß der Schreibstrom sich bei dieser Anordnung beim übertritt
des Gleitkontaktes auf einen Bahnkontakt schnell um den großen Wert 1k (Abt. q.)
ändert, in der Zeit bis zur Berührung des darauffolgenden Bahnkontaktes aber nur
um kleine Beträge gegenüber 1k schwanken kann, so daß trotz der unbeabsichtigten
Schwankungen
des Übergangswiderstandes am Gleitkontakt der Zeitschreiber
scharfe und den einzelnen Ereignissen eindeutig zuzuordnende Marken schreibt.
-
Die Abb.3a stellt schematisch den zeitlichen Verlauf des Schreibstroms
bei konstant angenommener Gleitgeschwindigkeit dar.
-
Durch bekannte Ergänzungen der Kippschaltungen, und zwar durch Hinzufügen
eines Energiespeichers, läßt sich ferner erreichen, daß gleichzeitig mit dem Überkippen
der Schaltung aus der einen Ruhelage in die andere in gewissen Teilen der Kippschaltung
elektrische Ausgleichsvorgänge eingeleitet werden, die die Schaltung nach einer
einstellbaren Wartezeit selbsttätig wieder in die alte Ruhelage zurückkippen lassen,
in der die Schaltung dann bis zum Auftreten der nächsten Anstoßspannung verbleibt.
Im Falle der Bewegungsmessung gemäß Abb.3 wird diese ` an sich bekannte Ergänzung
erfindungsgemäß dazu benutzt, die Kontakteinrichtung konstruktiv wesentlich zu vereinfachen.
Wird z. B. in die Kippschaltung eines Doppelgitterelektronenrohnes (Abb.3) ein Kondensator
C und ein Ableitwiderstand r nach Abb. 5 hinzugefügt, so treten nach erfolgtem Anstoß
Ausgleichvorgänge ein, so daß der Anodenstrom i selbsttätig wieder zurückkippt,
und zwar nach einer Wartezeit, deren Dauer durch die Daten von C und r gegeben ist.
Wenn diese Wartezeit kleiner gewählt wird als die Zeit zwischen dem Auftreten zweier
aufeinanderfolgender Anstoßspannungen, so genügt es, .die Kontaktbahn so einzurichten,
daß sie nur die Anstoßspannung für .das Überkippen in einer Richtung liefert. Nach
Abb. 5 genügt dann eine einzige Spannungsquelle E zum Anstoß, und alle Bahnkontakte
können nach Abb.5, wie in Abb.2, untereinander und mit nur einer Klemme I(1 verbunden
werden. Die Abb. 5b stellt für diesen Fall den zeitlichen Verlauf des Schreibstromes
schematisch dar.