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Elektrisches Rechengerät Die Erfindung betrifft ein elektrisches Rechengerät
zur Multiplikation o.derDivision, bei welchem die gegebenen Rechengrößen auf Widerständen
einer Stromverzweigun:gsschaltung eingestellt- werden und das Resultat durch Abgleich
eines Brückenzweiges als Einstellwert eines Abgleichwiderstandes entsteht. Derartige
Rechengeräte sind bereits seit längerem bekannt. Sie werden dazu benutzt, um aus
drei Größen a, b, c die rationale Funktion d=a#b/c zu bilden. Zu diesem Zweck
werden drei Widerstände einer Wheaitstoneschen Brückenschalüung auf die Werte a,
b, c eingestellt, und der vierte wird von Hand so abgeglichen, daß der Strom
durch die Brückendiagonale Null wird. Zum Zweck des Abgleiche ist ein diesen Strom
anzeigendes Amperemeter vorgesehen. Bei abgeglichener Schaltung hat- der vierte
Widerstand den gesuchten Wert a - b / c.
Hält man im übrigen eine dieser Größen
konstant, so erwirkt man mit Hilfe dieses Verfahrens das Produkt oder gegebenenfalls
den Quotienten, der übrigbleibenden Größen.
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Zur Erläuterung des Bekannten sei die in Abb. r dargestellte Schaltungsanordnung
beschrieben.
In Abb. i ist die Stromquelle einer Wheatstoneschen
Brücke mit i bezeichnet. Die Brückenwiderstände tragen -die Bezugszeichen 2, 3,
4 und 5. Sie alle können mit Hilfe der Abgriffe 6, 7, 8, 9 auf die Werte ca
bzw. b bzw. c bzw. d eingestellt werden.
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Die Abgriffe 7 und 9 führen zu einem elefktrischen Nullmotor 12, auf
dessen Welle sich ein Stirnrad i i befindet, welches mit einer den Abgriff 9 tragenden
Zahnstange io kämmt. Der Nullmotor ist also in die eine Brückendiagonale eingeschaltet.
Fließt in dieser Diagonale ein den Elektromotor 12 speisender Strom, so betätigt
der Motor über das Getriebe i i, io den Abgriff 9 in einem den Strom verkleinernden
Sinn, und er bleibt stehen, sobald die Brücke abgeglichen ist und kein Strom mehr
durch die Diagonale fließt. Bei Brückenabgleich besteht zwischen den Werten der
Brückenwiderstände die Beziehung d=a - c/1.
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Hält man also beispielsweise b konstant und stellt a. und c ein, so
gewinnt man ihr Produkt als Einstellung d des Widerstandes 5. Hält man dagegen c
konstant und stellt ca und b ein, so bedeutet d das Verhältnis dieser
beiden Größen. Das beschriebene Rechengerät arbeitet jedoch insofern fehlerhaft,
als. die nicht unbeachtlichen Übergangswiderstände zwischen den Abgriffen und ihren
Widerständen zur Wirkung gelangen. Selbst wenn die Brücke abgeglichen ist, führen
die Abgriffe 6 bis 9 Strom und verfälschen das Rechenergebnis durch ihre Übergangswiderstände.
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Erfindungsgemäß kann dieser Übelstand dadurch behoben werden, daß
die reine Wlieatstonesche Brücke durch eine ihr äquivalente Potentiometerschaltung
ersetzt wird, so daß jeder Abgriff einerseits allein mit seinem Widerstand und anderseits
allein mit dem Indikator oder der Stromquelle in unmittelbarer Verbindung stellt.
Die Äquivalenz ist so aufzufassen, daß sowohl die Wheatstoneschs Brücke wie die
Pote ntiometerschaltung hinsichtlich der Verknüpfung und Gabelung von Schaltungszweigen
dasselbe Bild bieten.
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In den Abb.2 bis 5 sind einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
in. zum Teil schematischer Form dargestellt.
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Die Potentiometerschaltung besteht gemäß Abb.2 aus den drei ringförmig
zusammen= geschlossenen Widerständen 1d., 15, 16. Die Spannungsquelle i ist mit
einem Abgriff 18 an den ungleichförmig gewickelten Widerstand i5gelegt. Die übrigen
Widerstdnde sind linear gewickelt und durch Abgriffe 9 und 17 mit dem Nullmotor
12 verbunden, der genau so wie in Abb. i beschrieben wirkt. Mit! Hilfe dieser Schaltung
kann man das Produkt der Verstellwege a und b der Abgriffe 17 und
i8 als Verstellweg d des Abgriffes 9 erhalten. Hierzu ist noch zu bemerken, daß
der Verstellweg b nicht erst von der linken Seide des Widerstandes 15, sondern von
einem noch weiter nach links gelegenen Nullpunkt zu zählen ist. Der äußersten linken
Abgriffstellung bei 15 entspricht daher ein von Null verschiedener Wert bo, unter
den die Rechengröße b nicht sinken darf. Im übrigen gilt für alle Rechengrößen die
Beschränkung, daß sie nur positive MTerte annehmen dürfen.
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Da die Potentiometerwiderstände 1d., 15, 16 an sich nicht geändert
«-erden, ist die Ungleichförm.igkeit des Widerstandes 15 notwendig. Sie ist durch
die gegebene Schaltung bestimmt. Die Äquivalenz dieser Schaltung mit der Wheatstoneschen
Brücke ist offenbar. Trotzdem gelangen die Übergangswiderstände der Abgriffe deswegen
nicht zur Wirkung, weil es sich hier um eine Potentiometerschaltung handelt, bei
der alle Widerstände. voll und ganz vom Strom durchflossen werden, so daß jeder
Abgriff einerseits allein mit seinem Widerstand und anderseits allein mit dem Nullmotor
oder der Stromquelle in unmiltitelbarer Verbindung steht. Ist die Potentiometerschaltung
abgeglichen, so sind die Übergangswiderstände der Abgriffe 9 und 17 ohne Bedeutung,
da sie in einem nicht vom Strom durchflossenen Kreis liegen. Würden sich diese Ü
bergangswiderstände, ändern, so bliebe trotzdem der Brückenabgleich erhalten, Der
Übergangswiderstand des Abgriff s 18 hat zwar einen Einfluß auf den durch die Schaltungszweige
fließenden Strom, jedoch nicht auf den Brückenabgleich : seine Wirkung entspricht
der eines Vorwiderstandes der Quelle i, der nur die Größe der unmittelbar an der
Potentiometerschaltung liegenden Spannung, nicht aber den Abgleich beeinflußt. Damit
ist nachgewiesen, daß das erfindungsgemäße Rechengerät keinerlei durch die Abgriffe
bedingte Fehler aufweist.
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Wie schon bemerkt, kann bei der Anordnung nach Abb. 2 der Wert
b nicht unter b" absinken. Man kann diesen Nachteil dadurch beheben, daß
vorn Resultat d = a - b a oder ein Vielfaches davon abgezogen wird: Das liefert
d-a = ab -a = a - (b- i). Diese Maßnahme wirkt sich so aus, als ob a mit
einem um i kleineren b multipliziert wird, wodurch. der Rechenbereich von b und
b, hinaus vergrößert wird. Man kann auf diese Weise den Bereich bis Null erweitern.
Eine entsprechende Anordnung ist: in Abb. 3 skizziert. Der Nullmotor 12 gibt seine
das Resultat d = ab darstellende Drehbewegung nicht nur auf die Zahnstange
io, sondern auch mittels der Welle 25 auf ein Differential 28, in welches zugleich
über eine Welle 26 die Bewegung des Abgriffes 17, welche a entspricht,
hineinbegeben
wird. An der Resultatwelle 27 erscheint die Differenz d-a°' Diese Maßnahme hat eine
Verschiebung der in Abh. --
dargestellten b-Skala nach rechts zur Folge.
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Bei der Anordnung nach Abb. q. ist :die Stromquelle i über einen weirbe-ren
Abgriff 2o mit einem ungleichförmigen Widerstand ig verbunden, der genau symmetrisch
zu 15 angeordnet und im übrigen genau so wie dieser Widerstand ausgehildet ist.
Die gesamte Schaltung wird dadurch symmetrisch. Die von der Mitte ihrer Widerstände
zu zählenden Rechengrößen a und d können in diesem Fall positive und negative
Werte annehmen. An die Abgriffe 9 und 17 ist der nicht dargestellte Nullmotor
angeschlossen. Im übrigen sollen alle in Abb. q. der Einfachheit halber nicht dargestellten
Einzelheiten wie gemäß Abb. 2 beschaffen sein.
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Die Abb. 5 und 6 stellen gewisse Modifikationen dieser Schaltung dar,
die so getroffen sind, daß der mit der Zahnstange io in Verbindung stehende Abgriff
9 auf einem ungleichförmig gewickelten Widerstand 22 schleift. Dafür sind die beiden
Widerstände 2i und 23, mit denen die Stromquelle i durch Abgriffe. verbunden
ist, linear gewickelt. Mit dieser Schaltung wird d' als der Quotient von ä und
b' gewonnen.
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Bei Abb. 6 ist der Symmetrie wegen noch ein, ähnlich wie 2:2, ungleichförmig
gewickelter Widerstand ad. vorgesehen. Der Nullmotor liegt an den Abgriffen g und
2o. Bei dieser Schaltung können ä und b' sowohl positive als auch negative Werte
annehmen.
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Der selbsttätige Abgleich der Potentometerschalbung ist natürlich
nicht auf den Nullmotor und seine spezielle Schaltung beschränkt. Beispielsweise
kann der Motor durch Fremdstrom betrieben und nur durch ein in der Brückendiagonale
liegendes Relaisgalvanometer gesteuert werden.
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Ferner wird es sehr oft zweckmäßig sein, den Mabor über ein Unbersetzungsgetriebe
den Abgriff betätigen zu! lassen.