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Impulsgeber zur Fernmessung von Größen in Anordnungen, bei denen die
Anzeige am Empfangsort sowohl von der Impulsdauer als auch von den Impulspausen
' abhängig ist Für die Fernübertragung von Meßgrö ßen ist das sog. Impulsdauersystem
bekanntgeworden, bei welchem Stromimpulse fernübertragen werden, deren Dauer dem
jeweiligen Betrag der fernanzuzeigenden Meß.größe entspricht. Die bekannten, nach
diesem System ausgeführten Einrichtungen arbeiten in der Weise, daß ein mit konstanter
Geschwindigkeit bewegter Abtastzeiger eine dem augenblicklichen Betrag der fernanzuzeigenden
Größe entsprechende Strecke, beispielsweise einen Zeigerausschlag, durchläuft und
daß während der hierzu benötigten Zeit ein Stromimpuls fernübertragen wird.
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Es ist auch eine Fernmeßeinrichtung bekanntgeworden, bei der die Stellung
eines Meßgeräts, dessen Zeigerausschlag übertragen werden soll, durch zwei weitere
Zeiger nachgebildet wird, von denen der eine sich am Empfangsort befindet, während
der andere konzentrisch zum Zeiger des sog. Ausgangsmeßwerkes des Meßgerätes angeordnet
ist. Die beiden Nachbildungszeiger, der sog. Abtastzeiger am Geberort und der eigentliche
Nachbildungszeiger am Empfangsort, sind die Zeiger zweier hintereinandergeschalteter
Drehspuleninstrumente, in deren Stromkreis ein durch einen dauernd laufenden Motor
periodisch veränderter Widerstand und eine Spannungsquelle eingeschaltet sind, so
dafS ein periodisch veränderlicher Hilfsstrom erzeugt wird. Bei dem Übertragungsvorgang
wird der am Ausgangsmeßwerk angeordnete Abtast7eiger infolge des periodisch veränderlichen
Stromes ständig über die Skala des Ausgangsmeßgerätes hin und her bewegt. In den
Zeitpunkten, in denen der Abtastzeiger den Zeiger des Ausgangsmeßgerätes berührt,
wird der Zeiger des Empfangsgerätes für kurze Zeit freigegeben, so daß er sich dem
Stromwert des Hilfsstromes in diesem Zeitpunkt entsprechend einstellen kann. Bei
dieser bekannten Einrichtung wird also die jeweilige Stellung des Zeigers des Ausgangsmeßgerätes
durch einen entsprechenden Strom nachgebildet.
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Gegenüber den bekannten Einrichtungen, bei denen eine mechanische
Abtastung vorgenommen wird, besteht die Erfindung darin, den mechanischen Abtastvorgang
dadurch zu ersetzen, daß eine periodisch annähernd linear veränderliche Hilfsspannung
verwendet wird, bei deren Beginn der fernzuübertragende Impuls eingeschaltet wird,
und der Impuls durch
eine Ausschaltvorrichtung beendet wird, die
von einer von der Meßgröße abhängigen Gleichspannung und von der veränderlichen
Hilfsspannung abhängig ist. Der Impuls ist beendet, sobald die Hilfsspannung einen
der Meßgröße entsprechenden Wert erreicht hat. Dadurch, daß in gleichen Zeitabständen
die Hilfsspannung, von Null beginnend, ansteigt, wird eine Folge von Impulsdauer
und Impulspause erhalten, die die Anzeige auf der Empfangsseite ergibt.
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Es ist zwar bekannt, zur Erzeugung von Zeitspannen veränderliche Hilfsspannungen
zu verwenden, die bei Beginn eines Impulses einsetzen. Hierbei handelt es sich aber
um die Erzeugung einer konstanten Zeitspanne bei einer Empfangsanordnung, derart,
daß nur solche Impulse, deren Zeitdauer gleich oder größer ist als diese Zeitspanne,
zur Anzeige kommen. ' Zwei Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beschrieben
und sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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In der Abb. i, die sich auf eine Einrichtung zur Fernübertragung der
Stärke eines Wechselstromes bezieht, bedeutet io einen Stromwandler, i i eine Gleichrichteranordnung
und 12 einen Widerstand, dem ein Kondensator 13 parallel geschaltet ist. Mit 14
ist ein Spannungsteiler bezeichnet, -weicher von einer Batterie 15 konstanter Spannung
gespeist wird. An den Spannungsteiler ist eine Gas- oder Dampfentladungsröhre 16
mit lichtbogenartiger Entladung angeschlossen, und zwar mit ihrer Anode an- den
Punkt P1, mit ihrem Steuergitter an den PunktP2 und mit ihrer Glühkathode an die
Punkte P3. Im Anodenkreis befindet sich ein Widerstand 17 und ein mit konstanter
Geschwindigkeit umlaufender Schalter 18. Zwischen dem Schalter 18 und dem Widerstand
17 ist ein besonderer Stromzweig angeschlossen, welcher eine Induktivität 19
und .einen Widerstand 2o enthält und welcher am Punkt P2 in den Spamiungsteiler
einmündet. Der Entladungsröhre 16 liegt ein -weiterer Stromzweig parallel, der einen
Widerstand 2 i enthält. Dieser letztere ist in den Steuerkreis eines Hochfrequenzsenders
22 eingeschaltet, welcher über die Kopplungskondensatoren 23 an die zur Fernübertragung
der Stromimpulse dienende Fernleitung 24, beispielsweise eine Hochspannungsleitung,
angeschlossen ist. Auf der Empfangsseite befindet sich ein Hochfrequenzempfänger
25, der über Kopplungskondensatoren 26 mit der Fernleitung 24 verbunden ist und
dessen Gleichstromkreis die Primärwicklung 27 eines Transformators enthält. Die
zwei Sekundärwicklungen 28 und 29 dieses Transformators liegen im Anoden- bzw. Gitterkreis
einer Gas-oder Dampfentladungsröhre 30 mit lichtbogenartiger Entladung, deren
Anoden-, Heiz- und Gittervorspannung von einer Batterie 3 i konstanter Spannung
geliefert werden. Der Anodenkreis der Entladungsröhre 3o enthält ein Drehspulinstrument
32, dem ein Kondensatör 33 parallel geschaltet ist. Die Widerstände 34 und 35 auf
der Empfangsseite sowie der Widerstand 36 im Gitterkreise der auf der Sendeseite
befindlichen Entladungsröhre 1 6 dienen zur Strombegrenzung.
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Diese Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Solange der Schalter
18 nicht geschlossen ist, liegt an der Anode der Entladungsröhre 16 nur eine geringe,
gegenüber der Kathode negative Spannung P2 gegen P3, und es besteht an dem Widerstand
2o kein merklicher Spannungsabfall. Das Steuergitter' der Entladungsröhre befindet
sich auf einem Potential gegenüber der Glühkathode, welches durch die negative Vorspannung,
die ain Widerstand 14 abgegriffen ist, und durch den Spannungsabfall längs des Widerstandes
i z, welcher ebenfalls eine negative Vorspannung für das Gitter darstellt, bestimmt
ist. Dieser letztere Spannungsabfall ist propörtional der feralanzuzeigenden Wechselstromgröße
und ist wegen des Kondensators 13 eine reine Gleichspannung. Wenn der Schalter
18 geschlossen wird, kommt die Anode der Entladungsröhre 16 auf positives Potential
gegenüber der Glühkathode; die Entladung setzt jedoch nicht sofort ein, da das Steuergitter
sich zunächst noch auf negativem Potential gegenüber der Glühkathode befindet, da
der Strom im Widerstand 2o wegen der Induktivität 19 allmählich ansteigt.
Dagegen wird bei Schließung des Schalters 18 im induktionsfreien Stromkreis am Widerstand
21 eine bestimmte Spannung sofort auftreten. Hierdurch -wird das Gitterpotential
der Schwing- oder der Steuerröhre im Hochfrequenzsender 22 derart verlagert, daß
dieser über die Fernleitungen 24 einen Hochfrequenzstrom aussendet. Der Strom im
Widerstand 20 steigt nun nach einer e-Kurve an, deren Verlauf durch die Höhe der
Spannung zwischen den Punkten P1 und P@ und durch die Größe der Induktivität i9
und des Widerstandes 2o bestimmt ist, und die in ihrem ersten Teil mit großer Annäherung
als eine Gerade betrachtet werden kann. Dieser Stromverlauf bzw. der Spannungsabfall
am Widerstand 2o, welcher der Stromstärke proportional ist, ist iri der Abb. 2 als
Kurve A eingetragen. Die von dem Spannungsteiler 14 gelieferte Gittervorspannung
ist ebenfalls inAbb.2 als Strecke V1 dargestellt, ebenso ist der Spannungsabfall
V2 am Widerstand. 12 eingetragen. Die gesamte negative Vorspannung des Steuergitters
der Entladungsröhre 16 ist demnach durch die .Strecke V1 -E- V2 oder durch
die Gerade B gegeben. Sobald der Spannungsabfall
am Widerstand
2o den Betrag ß überschreitet, ist die resultierende Gitterspannung positiv; die
Entladung in der Röhre 16 setzt daher ein, und der Spannungsabfall am Widerstand
2 i wird derart vermindert, daß der Hochfrequenzsender 22 wieder zu schwingen aufhört.
Die Zeitdauer, während welcher Hochfrequenzschwingungen erzeugt und ausgesandt werden,
ist demnach gleich der Zeit i in Abb.2. Diese Zeit ist von der Spannung am Widerstand
12 abhängig, und zwar besteht sie aus einem konstanten Anteil to, der durch die
Größe der vom Spannungsteiler gelieferten Gittervorspannung gegeben ist, und einem
von dem Spannungsabfall V, und damit von, der fernanzuzeigenden Wechselstromstärke
direkt proportionalen Anteil. Es wird also auch, wenn die fernanzuzeigende Wechselstromstärke
den Betrag Null besitzt, noch ein Impuls endlicher Dauer, nämlich der Dauer to,
fernübertragen. Auf der Empfangsseite ist die Entladungsröhre 3o während der übertragungspause
nichtleitend; ihr Steuergitter befindet sich auf negativem Potential gegenüber der
Kathode. Zu Beginn des Fernübertragungsimpulses entsteht in dem Gleichstromkreis
des Hochfrequenzempfänger s 25 und damit auch in der Primärwicklung 27 ein Gleichstrom,
welcher einen kurzen Spannungsstoß in den Sekundärwicklungen 28 und 29 hervorruft.
Diese sind derart bemessen und gepolt, daß das Steuergitter der Entladungsröhre
3o positives Potential annimmt, so daß die Entladung einsetzt. Das Empfangsinstrument
32 wird also mit konstantem Strom gespeist, bis der Strom in dem Gleichstromkreis
des Hochfrequenzempfängers 25 wieder verschwindet, wobei in den Sekundärwicklungen
28 und 29 ein Spannungsstoß entgegengesetzter Richtung wie bei Beginn des Impulses
entsteht. Hierdurch wird die Anode der Entladungsröhre 3o kurzzeitig auf negatives
Potential gegenüber der Kathode gebracht, so daß die Entladung wieder erlischt.
Dem Instrument 32 wird zweckmäßig ein Kondensator 33 parallel geschaltet, um ein
Pendeln des Instrumentenzeigers zu verhindern. Die Spiralfeder des Instrumentes
32 kann leicht derart vorgespannt werden, daß, wenn der Fernübertragungsimpuls die
Dauer to besitzt, wenn also die zu übertragende Meßgröße den .Betrag Null hat, das
Instrument auf den Anfangspunkt seiner Skala einspielt.
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In Abb. 3, die sich ebenfalls auf eine Einrichtung zur Fernübertragung
der Stärke eines Wechselstromes bezieht, bedeutet 37 einen Transformator, der von
einer Wechselstrommaschine 38 konstanter Spannung und Frequenz gespeist wird. Die
Einrichtung zur Erzeugung einer Gleichspannung, welche dem fernanzuzeigenden Wechselstrombetrag
proportional ist, das Entladungsgefäß 16 und die Widerstände 17, 2 i, 36
sind wie in Abb. i vorhanden und dienen demselben Zweck, wie an Hand der Abb. i
beschrieben. Der Transformator 37 besitzt drei Sekundärwicklungen 39, 40, 41. Die
Wicklung 39 liefert die Anodenspannung für die Entladungsröhre 16 sowie den Strom
für den Widerstand 2 i. Die Sekundärwicklung 40 liefert den Heizstrom für die Entladungsröhre;
ihr Mittelpunktistinitdem rechten Ende der Sekundärnvicklung 39 sowiemit dem linken
Ende der Sekundärwicklung 4 i verbunden. Diese letztere Wicklung liefert die zeitlich
veränderliche Hilfsspannung für den Gitterkreis, die mit dem Spannungsabfall am
Widerstand 12 verglichen wird. Der Sekundärwicklung 4 i ist eine Induktivität 42
vorgeschaltet, derart, daß an dem Widerstand 43 eine gegenüber ider Anodenspannung
der Röhre 16 phasenverschobene, und zwar nacheilende Spannung auftritt.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung soll an Hand der Abb.4 erläutert
werden. In dieser ist die Kurve C die zwischen Kathode und Anode der Röhre 16 liegende,
von der Sekundärwicklung 39 gelieferte Spannung. Die Kurve Ih ist die am Widerstand
43 liegende Spannung, welche wegen der Induktivität 42 der von der Sekundärwicklung
39 gelieferten um einen bestimmten Betrag nacheilt. Die waagerechte GeradeE ist
die am Widerstand 12 liegende Gleichspannung, welche für das Gitter der Röhre eine
negative Vorspannung darstellt. Im Zeitpunkt il wird die Anodenspannung der Röhre
positiv; gleichzeitig fließt über den Widerstand 21 ein Strom, so daß der Hochfrequenzsender
22 eine Verlagerung des Gitterpotentials seiner Schwing-oder Steuerröhre erfährt
und demzufolge anschwingt. Die Entladungsröhre bleibt vorläufig nichtleitend, da
sowohl die Spannung am Widerstand 12 als diejenige am Widerstand 43 negativ sind.
Im Zeitpunkt 12 wird die am Widerstand 43 liegende Spannung positiv, bleibt jedoch
vorläufig noch kleiner als die am Widerstand 12 liegende negative Spannung. Die
Röhre 16 bleibt vorläufig noch nichtleitend. Im Zeitpunkt ig hat die am Widerstand
43 liegende Spannung einen Betrag angenommen, welcher den am Widerstand 12 liegenden
Spannungsabfall überschreitet, das resultierende Gitterpotential wird demnach nunmehr
positiv, die Entladung setzt ein und bildet einen Nebenschluß für den Widerstand
21, derart, daß der Hochfrequenzsender 22 zu schwingen aufhört. Die Entladungsröhre
bleibt nunmehr in Betrieb bis zum Zeitpunkt 14, in dem die Anodenspannung negativ
wird, so daß die Entladung ex--lischt. , Zur Zeit t5, wo die Anodenspannung
wieder
positive Werte annimmt, ist die Gitterspannung, wie oben erläutert, negativ, so
daß die Entladung erst wieder in einem späteren Zeitpunkt, welcher dem Punkte t3
entspricht, einsetzen kann. Der Widerstand z i ist demnach nur während der Zeit
t1 bis t3 von positiven Strömen durchflossen, so daß nur während dieser Zeit Hochfrequenzschwingungen
erzeugt werden. Während der Zeit t3 bis t4 ist der Widerstand 21 kurzgeschlossen
und während der Zeit t,4 bis t;; von Strömen umgekehrter Richtung durchflossen als
in der Zeit tl bis t3, so daß auch während dieser Zeit keine Hochfrequenzschwingungen
erzeugt werden. Der Fernübertragungsimpuls setzt sich, ähnlich wie an Hand der Abb.2
beschrieben, aus zwei Teilen zusammen, von d'en'en der erste Anteil (1i bis t2)
von der Meßgröße unabhängig ist und durch die konstante Phasenverschiebung der am
Widerstand 43 liegenden Spannung gegenüber derjenigen von der Sekundärwicklung 39
gelieferten gegeben ist, und deren zweiter Anteil (t2 bis t3) von dem Spannungsabfall
am Widerstand 12 und damit von der Stärke des fernanzuzeigenden Wechselstromes abhängig
ist. Der Empfänger kann in derselben Weise aufgebaut werden, wie an Hand der Abb.
i beschrieben.