DE746441C - Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Vorgaenge - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Vorgänge Zur Messung der Zeitdauer kurzzeitiger Vorgänge sind mehrere Anordnungen bekannt. Bei einem bekannten Verfahren, bei dem die Zeitdauer festgestellt werden soll., .die ein, Geschoß braucht, um eine bestimmte Strecke zu durchfliegen, ist ein Kondensator vorgesehen; der von einer Batterie auf eine bestimmte Spannung aufgeladen ist. Parallel zur Batterie und dem .Kondensator liegt ein Widerstand. Wenn das Geschoß den Beginn der Meßstrecke durchfliegt, so unterbricht es die Verbindung der Batterie mit dein Kondensator und dem Widerstand, so daß der aufgeladene Kondensator sich nunmehr über (lcn Widerstand entlädt. Wenn das Geschoß das Ende der Meßstreeke durchfliegt, wird auch die Verbindung des Kondensators mit dem Widerstand unterbrochen, so daß der Kondensator eine Restladung behält. Die Größe der Restkudung wird mit einem Galvanometer festgestellt, und da die Anfangsladung durch die Höhe .der Batteriespannung festgelebt ist. kann daraus die Zeit, die das Geschoß zum Durchfliegen der Meßstrecke gebrauchte, ermittelt werden, .
• Bei einer weiteren bekannten. Anordnung, die ebenfalls zur Feststellung von Geschoßgeschwin.digkeiten dient, fliegt das Geschoß am Beginn der Meßstrecke durch eine Induktionsspule, und der in der Spule induzierte Stromstoß schaltet an einer Kippschaltungsvorrichtung den Strom ein. Wenn das Geschoß das Ende der Meßstrecke durchfliegt, so wird in einer zweiten Spüle wiederum ein Stromstoß indtizicrt, der infolge der Verwenclung von Gleichrichtern die ente,,egen,esetzte Richtung wie in der ersten Spule hat und den Strom in der Kippsclialttinri unterbricht. Der kurzzeitig in der Kil)pschaltung fließende Strom ist wieder über ein Galvanometer geleitet, so daß das Galvanometer die Zeitdauer dieses Stromes und damit auch die Zeitdauer, die das Geschoß für die Meßstrecke brauchte, anzeigt. Bekannt ist ferner ein Verfahren zum Messen von L.`berspannungen, bei dein ein Strom-- kreis, der einen Kondensator in Reihe finit einer Ventilröhre enthält. an. die zu inessetlde L`berspannung angeschlossen wird. \ach Wiederabtrennung von dem Überspannungsstroinkreis wird dann die Ladung des Kondensators gemessen, und hieraus und aus der Kapazität des Kondensators wird die inale Amplitude der Überspannung berechnet. Es handelt sich hier also um ein hleßverfali==: reg. mit dein die größte der während einer bestimmten Zeitdauer auftretenden Spannungsspitzen gemessen wird.
• Es ist ferner ein Verfahren zur \lessung einer Zeit bekannt, bei dem die Spannung gemessen wird, auf die ein in einem Kreis mit konstantem Widerstand liegender Kondensator während dieser Zeit aufgeladen wird. Zu diesem Zweck wird vor den Kondensator ein Ventil geschaltet, und während-der zu messenden Zeit erfolgt die Aufladung des Kondensators .finit konstantem Strom. Eine unerwi.inschte Entladung des Kondensators ist infolge des Ventils verhindert.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur 'Messung der Zeitdauer kurzzeitiger Vorgänge unter Benutzung eines elektrischen Energiespeichers, der wahrend der Dauer eines Vorganges . aufgeladen wird und dessen Ladezustand zu Beginn und am Ende des kurzzeitigen Vorganges ein Maß für die Zeitdauer gibt. Erfindungsgemäß wird der elektrische Energiespeicher über einen zweiten Stromkreis mit einem dein Ladestromkreis ähnlichen, jedoch zeitlich gedehnten Verlauf entladen, und die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn und dein Ende der Entladung wird gemessen. .
• Gegenüber den bekannten geschilderten Einrichtungen zur Messung der Zeitflauer kurzzeitiger Vorgänge hat das Verfahren gemäß der Erfindung vor allem den Vorzug, daß für den Aufbau der gesatnten Anordnung nur relativ einfache, allgemein gebräuchliche und daher billige Elemente notwendig sind. Demlregenüber ist bei den bekannten lMeßeinrich-.tungen ein ballistisches Galvanometer, also ein -sehr hochwertiges, sehr empfindliches und schwierig zu bedienendes Instrument notwendig. Ein weiterer Vorzug des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, ('aß auch die Messung einfach und bequem ist, da beispielsweise ein Morseschreiber finit der Lünge der Striche auf (lein Papierstreifen bereits ein unmittelbares und genaues 'Maß für die Zeitdauer des zu messenden Vorganes ergibt. Ferner können finit dein Zeittransformator nach der Erfindung eine sehr große Anzahl vuti Messungen kurzzeitiger Vorgänge besonders bequem hintereinander durchgeführt werden, wobei nach jedem einzelnen Meßvorgang sofort die "Zeitdauer ersehen werden kann.
• Die Ertindutlg sei an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Mit i ist ein Kondensator bezeichnet, der über eine Glühkathodenröhre 2 während der Dauer des zii messenden kurzzeitigen Vorganges aufgeladen wird und sich über eitle Glühkathodenröhre 3 entladen kann. \\_ irif %,jährend der Dauer des kurzzeitigen Vor-an-.'-,es an die Klemmen 4. und 3 eine Spatlnuiig angelegt, die höher als die Sättigung5spaiiiiling der Röhre 2 ist, so wird der Kondensator i mit einer konstanten Stromstärke i (vgl. 1# ig. ?) aufgeladen. Nach Verschwinden der Spannung entlädt sich der Kondensator üb--r die Glühkathodenrölire 3, und zwar ist deren Größe wieder so gewählt, daß man auch im -Sättigungsbereich arbeitet, also daß auch der Entladestrom i' konstant ist. In Fig. 2 ist über der Zeit nach oben die Spannung am Kondensator und nach unten der Auf- und Entladestroni des Kondensators eingetragen. Nie aus der Figur ersichtlich, verhält sich die Entladedauer t' zur Aufladezeit t, wie sich verhält der Ladestrom i zum Entladestrom i'. Erfindungsgemäß wird nun die Aufladezeit sehr klein gegenüber der Entladez eitgemacht, d.
• li.die Aufladezeit ist kurz gegenüber der Meßdauer,die Entladedauer groß gegenüber der zu messenden Zeit. 'Man erreicht dadurch eine zeitproportionale Vergrößerung der Vor-Z-, und braucht nur die Zeit t' zu messen, um die Dauer des kurzzeitigen Vorganges zu erhalten. An Stelle der Zeit t' kann inan auch die Zeit t' + t messen, (la auch diese Zeit, wenn, wie erwähnt, t klein gegenüber t'-- ist, proportional der Dauer des zu messenden Voräanges ist. Zu -diesem Zweck kann man beispielsweise mit Hilfe eines Zählers (las Produkt aus i' # (t + t') messen, oder man kann auch mittels eines Schreibgerätes, wie später beschrieben wird, die Zeit unmittelbar angeben.
• An Stelle einer Gliihkathodenröhre können auch andere Konstantstromapparate verwendet werden. Wenn nach Beendigung des Vorganges liun beispielsweise der Stromkreis über die Kleingien .4, 5 kurzgeschlossen wird, so ist es dann noch erforderlich, in Reihe mit dem Aufladewiderstand ein Ventil zu schalten.
• Es ist nicht unbedingt erforderlich, (lall die Aufladung und Entladung -eradlinig erfolgt, sondern man kann auch die Auf- und-Entladung nach homologen Kurven erfolgen lassen, so (Maß man stets eine genaue oder anniihernd genaue zeitproportionale \'er"rü(.lerung der Vorgänge erhält.
• An Stelle von Kondensatoren kiinnen auch Drosselspulen verwendet werden, die man bei-:pielsweisc über Apparate finit konstanter

  Spannung auf- u11(1 entladen kann. Zu diesem

  Zweck kann 111,t1 beispielsweise Gliltltlli'c)hren

  vorwenden.

  1:i11 Ausführungsbeispiel für die Anwen-

  dung der Erfintlung zur \Iessung der Ent-

  ladeverz ugszeit voll Ptinkenstrecken ist in

  F ig. 3 dargestellt.

  Ilit i ist hier lvieder der Kondensator. mit

  3 die I:ülwe, über «-elche er aufgeladen wird.

  Und illit 3 die I@ühi'e, über -welche sich der

  Kondensator entlädt, bezeichnet. 111t 32 ist tlie

  1#'unkenstrecke bezeichnet, an. \\-eiche die Span-

  nung einer Batterie; über einen Schalter

  angelegt werden kann. und zwar Nvird durch

  Schließen des Scilahers G die Baueriespan-

  111111g att (teil - Widerstand t; und über teil

  " iclerstalldl 34. all die Klemmen 4 und 5 allge-

  legt. In Reihe mit der Rühre 2 ist eilte Batte-

  rie ?5 geschaltet. Wenn der Schalter 6 ;ge-

  schlossen «wird, so herrscht zwischen alelT

  I\lemmeil 4 u11(1 5 eine bestlnlinte Spannung,

  wodurch der Kondeilltor i atltgeladell wirrt.

  Nach Durchschlag der Funkenstrecke eiitl:i:i..t

  sich. der Kondensator über dieVentilstrecke in

  der Rollre 3. Die Batterie 35 dient dazu, nach

  Durchschlag der Funkenstrecke, wein noch

  Restspannungen an der Funkenstrecke be-

  stehen bleiben, zu verhindern, daß durch diese

  Restspannungen der Kondensator weiter auf-

  geladen wird. Die Batterie '=5 muß daher so

  geschaltet sein, Claß sie der Aufladepannung

  entgegenwirkt. IhreGrüßeist so zu beincssen,

  daß sie groß gesell die noch vorhandene Rl:it-

  s1)annung nach Durchschlag, der Funken-

  strecke ist, aber andererseits so klein ist, daß

  hei Aufladung des Kondensators die. Vendl-

  ro@re 2. im Sättigungsbereich arbeitet. Die

  Entl1(lung des I\ondensator5 I erfolgt im-2Llls-

  führutigsbeispiel über eilte Batterie g. Diese

  Batterie (liegt dein Zweck. eitlen. linearen

  Durchgang der Spannung -des Kondensators

  durch \u11 zti gewährleisten. Sie muß daher

  so geschaltet werden, daß zier positive hol niit

  teer Anode der Rohre 3. der negative mit dein

  Kondensator i verbunden ist, und zwar nitili

  die Höhe der Spannung so gewählt werden,

  chtli inindestetis bis zum Durchgang der Ihnt-

  dCilsatorspaillltlilgr durch Still diese linear ab-

  fällt, c1.11. (laß- nian noch im SättigmWs-

  Ilcreich der lZolire 3 arbeitet. Die Ididach-

  spalliltlllg des Kondensators, -wird -11t111 (1e111

  Gitter eitler Rühre 1o zugeführt, eil deren

  .\nodcilkreis eilte Ditwrie ii und ein

  12 liegen. I111 Teil der an (1e111 WO-

  0a1102 herr,5chetldcn Spalmung m-ird iibcr

  eineVorspanittingsbatterie13 dem (ütterehler

  Riilire 14 zugeführt, in deren Anodenstroni-

  kreis ein helais 15 liegt. Von der Batterie 1f1.

  m'cirhe fliese Wire r4 erregt, Glut gleich-

  zcitig über einen Widerstand]; eilt Schnell-

  wlegraplmnrAais I` (-rregt; .velclws Glas \lir-

  kierorgan eitre, \Ic)rsesrhrcibers ig steuert.

  Ferner ist 11()c11 e111 1@C1:11@ 20 vorgesehen, voll

  rlelli leclig glich die Spule gezeichnet ist und

  dessen Wirkungsweise später beschrieben

  wird. Mit =1 ist der Schalter zum l?inschal-

  ten der Batterie i6 bezeichnet. -

  1)1c Anordnung wird nun SO

  dal.l

  beint Nulldurchgang der Koildellsatorspail-

  Illtilg das Rums i; -1@1`@C"l.()@CIl wird, lvas man

  durch entsprechende Einstellung wies Wider-

  standes 1 2 und der Hmtche 13 erreicllcn kaim.

  !leim Inzdhen des Relais 1; wird Glas Rel0,

  A kurzgeschlossen und fällt ab, während der

  . Kurkschluß für die Erregerspule des WO;

  ?o aufgehoben wird. '-Mit 23 ist ein Schalter

  zum 1-Ztirzscliliel.ien des-Kondensators bezeich-

  net. Das Relais 2o steuert bei seiner Er-

  regung ein in der I# ig. 3 Leicht dargestelltes

  . Zeiti@'erk, das. den Morseschreiber stillsetzt

  ' und die Schalter 31 und V öffnet und den'

  Schalter 23 schließt und nach eitler gelvisseii

  Zeit zuilächst den llorsesclireiber ig in L'e-

  wegun-# setzt, hierauf den Schalter 23 iittllet

  l111, dann die Schalter Ü und 21 schließt..

  1)1e Wirkungswehe der Anordnung ist

  folgende: ';',ich einer bestimmten Zeit setzt

  (las Zeitrelais den llorsesclireii)er ich in Gang,

  öffnet den Schalter 23 und schließt hierauf

  die Schalter 21 1111d G. Durch Schließen des

  Schalters ,i wir(( Glas Relais iS erregt, (las

  \larl:icror,all des \lorsescltreibei's tg ange-

  zogen, so daß auf dem Morseschreiber ein

  senkrechter Strich entstellt. Durch ,cI11iellcil

  des Schalters (i wird die Gleichspannung :in

  clie Funkenstrecke 23 angelegt und der Kon-

  densator so lange gutgeladen. bis die Funken-

  strecke 5 durchschlägt. Der Kondensator ent-

  lädt sich hierauf über die Ventilröhre 3, beine

  Xttlldurchgang der Kondensatorspannung

  wird (las Relais 1j, angezogen,-daS Relal, l

  fällt ab rund mit ihm .das angezogene Anzeine-

  glied des \Iorsesclireibers. Aus der LTni-

  dreltungsgeschwindigkeit des '2\lorsesclireibei-s

  und der Länge des bei 'erregtem Relais i

  gezogenen Striches kann die Zeit t '-, t' find

  daraus die Zeit t berechnet werden. ]Durch

  das Anziehen des Melais IS ist da: Relais -o

  gleichfalls zulll Anzug, gebracht worden und

  setzt das nicht Srgcstelke Zeitrelais in Tätig-

  keit, «°clchcs (teil Morseschreiber wieder ;ins-

  schaltet, die Schalter (i ttntl -i iitillet 1111t1 tlt-ii

  Schalter p kurzschlieGlt. Nach eitler <"ell'i:#(#ii

  Zeit WI'clerholt s1(11 dann ilaN)lM "et

  nettem, und es gelingt. durch dies(' U:inrich-

  utttg die Dauer der kurzzeiligen V"r#";inge

  selbittatlg.zu nwarn. An Smll(' du

  @leiieinrichtuni; kante atiih-t`ille :iil,lei'i

  ;icluil'alclttc \lel.icint-ielttung Jwilutt werden.

  \`,ie bereits eh"lys erwähnt. 1<a1111 lnatt 1l1('11

  llte Größt'.i@# (11- il Mit eilt('"' -\.lill)el"esttlll-.

  duizählcr niesseti; ,,.Iür Ulan h@iitntc# catch eilfeil

  Wechsrl;troinzähler @-erwenden, dessen Strom-

  spule l>iiin Einschalten des Schalters 6 er-

  regt wird und die bei-ni \till(lurcligan,# der

  I\oidensatorspaniung wieder ausgeschaltet

  wird. Uin die mittlere Dauer der Funkem-er-

  z 'i,reriiii#- zu ine.:en, kann man einen inte-

  grierenden Zähler verwenden, der die Gesamt-

  zeit sämtlicher Aufladungen mißt. und außer-

  deni noch ein Zählwerk vorsehen, welches die

  Anzahl der Aufladun-en angibt.

  Will man die Zeittransformation noch ver-

  größern. so kann man entsprechen.deKaskaden-

  schaltun gen an-wenden., (l. h. inan wird durch

  den Entladestroin des Kondensators i einen

  weiteren Kondensator aufladen lassen, diesen

  wieder entladen finit einem Strom, der klein

  gegen seinen Aufladestrom ist, und .die Daüer

  des Entladevorganges (fieses Kondensators

  messen. Man- bekommt dadurch eine mehr-

  fache Transformation der Zeit.

  Durch diese Anordnung gelingt es, Zeit-

  transformationen von der Größenordnung von

  io7 zu erhalten. Die Relais 15 und 18 müssen

  Relais sein, die in sehr kurzen Zeiten an-

  sprechen, damit keine Fehler in der Messung

  hervorgerufen werden. Man verwendet zu

  diesem Zweck Schnelltelegraphenrelais, die in

  l/iooo Sekunde bereits ansprechen, so daß

  _a

  man bei Messung von @"orgängen, die io

  Sekunden (lauern, und von einer Zeitüber-

  setzung von io@, also einer Zeit t' + t von

  o.i Sekunden. keine Beeinflussung .des 1leß-

  ergebnisses durch (fiese Relais erhält.

  :1n Stelle der beschriebenen Einrichtung

  kann inan auch eine an sich bekannte Schal-

  tung verwenden, bei der man während der

  Dauer des zu messenden Vorganges einen auf

  eine bestimmte Spannung aufgeladenen Kon-

  densator finit großer Stromstärke entlädt.

  \,-ich Beendigung des zu messenden Vorgan-

  ges wird dann gemäß der Erfindung,cler Kon-

  densator finit kleiner Stromstärke weiterent-

  laden, und es wird die Zeit, die .man für die

  1?ntladtitir, des Kondensators mit kleiner

  Stromstärke braucht. geniessen. Der zeitliche

  Verlauf der Entladung des Kondensators mit

  kleiner Stronistärle ist nun wiederum eine

  Funktion des zeitlichen \Terlaufes der Ent-

  larlung mit großer Stromstärke, insbesondere

  wird der Kondensator sowohl hei großer als

  auch bei kleiner Stronistä rke jeweils mit in

  gleicher Weise gesetzillaßig abnehmender

  Stromstärke entladen. l)ie Zcit(laucr der Ent-

  latlun- mit groller Stromstärke stellt dalli

  stets in einem bestimmten ZIerhaltnls zur Zeit-

  datlcr der Entladung mit kleiner Stromstärke.

  #o rlali nian (furch die 'Messung der letzteren

  :ulrli die erstere bestimmen kann. Die erste

  t:itl;i(leperio(le kann dabei sehr klein gegen-

  über der zweiten Eatladeperiode gehalten

  Das Verfahren gemäß der- Erfindung ist

  nicht beschränkt auf die Messung von Funken-

  verzögertingen. Man kann es auch anwenden

  für die 1lessung anderer Vorgän-e. Sind die

  Vorgänge nicht elektrisch, so ist lediglich ,

  Be(lingung, -(laß man sie in elektrische Vor-

  g:itlge umwandeln kann, beispielsweise könnte

  nian zur Messung von Geschoßgeschwindig-

  keiten prinzipiell dieselbe Anordnung wie in

  Fig. i verwenden. Man würde dann an die

  Itleniinen 4 und 5 eine konstante Gleichspan-

  nung anlegen und durch (las Geschoß zunächst

  einen Kurzschluß für den Kondensator und

  für das vom Entladestrom gesteuerte :#unzeige-

  werk aufheben lassen, während beim Durch-

  schießen des zweiten Gitters die Verbindung

  über die Klemmen 4, 5 zum Kondensator auf-

  gehoben wird.' Man kann auch andere Vor-

  die Dauer chemischer

  Reaktionen oder Explosionsvorgänge, in elek-

  trische Vorgänge umwandeln und auf diese

  Weise messen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Messung der Zeit- lauer kurzzeitiger Vorgänge unter Be- nutzung eines elektrischen Energiespei- chers, der während der Dauer eines Vor- ganges aufgeladen wird und dessen Lade- zustand zu Beginn und,ain Ende des kurz- zeitigen Vorganges ein llaß für die Zeit- dauer gibt, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energiespeicher (1) über einen zweiten Stromkreis finit einem dein Ladestromkreis :ähnlichen. jedoch zeitlich gedehnten Verlauf entladen wird und daß die Zeitdifferenz zwischen -dem Beginn und dem Ende der Entladung geniessen wird. 2. Verfahren nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung und Entladung des als Drosselspule ausgebil- deten Energiespeichers mit konstanter Spannung, z. B. mit Hilfe von Glimm- röhren. erfolgt; 3. Verfahren nach Anspruch i, ,ladurcll gekennzeichnet, (laß beim \lessen von Vor- güngen, bei Gienen eine Restladung be- stehen bleibt, in Peilie finit dein Wider- stand, über welchen der Kondensator auf- geladen wird, eine Spannungsquelle ge- schaltet ist, so (laß durch die verbleibende 1\estspalilll111g keine Autladung fies Kon- densators hehr erfolgen kann. .=j.. Verfahren nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, (Ial.l ein auf (1('111 Papier- streifen eines Morseschreibers wirkendes Anzeigegerät beine Aufladen eines Kon- densators erregt ist und so lang errc%gt bleibt, Iris der I:ntla(lestroni fies Konden- sators \ rill wird. spruch i, dadurch gekennzeichnet, (1a13 während der Dauer des zu messenden Vor- gan"es ein -eladener Kondensator mit großen Stromstärken entladen wird und nach Beendi-ung des - Vorganges mit kleiner Stromstärke «eiterentladen- wird und (1a13 die Zeitdifferenz zwischen dein Beginn und dem Ende der zweiten Ent- ladung gemessen wird. Zur Abgrenzung des Annieldun-s-e;;cn- standes vom Stand der Technik sind im Er- teiltuigsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen «-orden: deutsche Patentschriften . . . . \ r. 318 316, 527:s-1, 548 085; .. . österreichische Patentschrift - 122 26.7; britische Patentschrift . . . : 1r.- 3.2() (i24.; l.'S.\.-Patcntsclir ift ...... - i (311 716; General I?lectric Review, Vol. YZII, ':\--r. 2 (hebr. igig), S. io4ff.; Phrsical Review (1,92o), Vol. XV, Ser. II, S. 12 ff.: Tlie measureincnt of verv skort time intcrvals; Cranz, C.. Lehrbuch der Ballistik. Bcl.3, 2. @\tLfl.,.Berliii (192i), j 32 und j 33; Handbuch der Physik (19a6), Bd. 2, S. 236 und 237; Archiv für Elektrotechnik, Bd. iS (1927), S. 616 ff.; Annalen der Physik (19i7), S. 217 ff-, (1922), S.207; Det Danske Videnskabernes Selskab inatlie- inatisi;tvsisi;e \Iedelser 1. i r. Koben- hancn (19r9).