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Einrichtung zum Anzeigen von Winkelstellungen mittels einer Braunschen
Röhre Es ist bekannt, zur Übertragung von Zeigerstellungen mit dem Zeiger des Gebergerätes
einen nach Art eines Radiogoniometers gebauten Übertrager zu verwenden, der aus
zwei aufeinander senkrecht stehenden Spulenpaaren besteht, zwischen denen eine mit
dem Geberzeiger gekuppelte, wechsels tromgespeiste Primärspule angeordnet ist. Die
von dieser in den aufeinander senkrecht stehenden Sekundärspulen induzierten Wechselstromkomponenten
entsprechen dem Winkel, den der Geberzeiger Szw. die Primärspule zu den beiden Sekundärspulenpaaren
einnimmt. Diese beiden frequenzgleichen Wechselstromkomponenten werden nach getrennter
Verstärkung auf zwei in elektrischer Hinsicht aufeinander senkrecht stehende Ablenksysteme
eines Elektronlenstrahloszillographen gegeben und bewirken dort eine geradlinige
radiale Ablenkung des Elektronenstrahles in Richtung der Resultierenden der beiden
Komponenten, die mit der Stellung der Primärspule bzw. des Geberzeigers übereinstimmt.
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Diese Winkelübertragungseinrichtung hat aber gewisse Nachteile, insofern
als einmal der verhältnismäßig grobe Aufwand zweier Verstärker erforderlich ist,
die zudem eine derart genaue gleiche Verstärkungscharakteristik aufweisen müssen,
daß sie das Amplitudenverhältnis in den beide,n Stromkreisen
nicht
im geringsten beeinflussen. Die Herstenung zweier abs@@ut greicher verstarker ist
aber bekanntlich au0erordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich. Außerdem erscheint
der Leuchtstrich auf dem Schirm der Braunschen Röhre als zu beiden Seiten der mittelren
Lage des ruhenden Strahles sich erstrekkende Durchmesserlinie. Sie läßt sich daher
nur zu einer eindeutigen Winkelanzeige bis zu 180° benutzen. Die Winkelübertragungseinrichtung
ist deshalb nicht durchdrehbar und kann zur Grob- und Feinanzeige nicht benutzt
werden. Damit sind also auch in dieser Hinsicht der Genauigkeit Grenzen gesetzt.
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Die Erfindung betrifft dagegen eine Einrichtung, welche auf dem gleichen
Grundprinzip beruht, jedoch die Nachteile der bekannten Einrichtung dadurch vermeidet,
daß die Einstellung des Amplitudenwerhältnisses in einem vorzugsweise zweiphasig
ausgeführten Wexhselstromgebersystem erfolgt und daß zur Bildung einer bis zu360°
eindeutig bleibenden Winkelanzeige mittels eines von der Mitte anch außen gerichteten
radialen Leuchtstriches der Elektronenstrahl während ein und deselben Halbperiode
der Ablenkwechselspannung mittels einer Halbwelle einer mit der Ablenkwechselspannung
frequenzgleichen Wechselspannung z. B. durch Steuerung des Wehneltzylinders gesperrt
wird oder durch Unterdrückung der Ablenkwechselspannung während ein und deselben
Halbperiode der Ablenkwechselspannung mittels einer phasenempfindlichen Ventilschaltung
in seiner Auswanderung aus der Mittellage gehindert wird.
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Die gebräuchlichen, unter der Bezeichnung Wechselstromgebersystem
bekannten Geber zur elektrischen Übertragung von Winkelwerten haben motorähnliche
Bauart, sind also eisengeschlossen. Sie liefern deshalb so hohe Spannungen, daß
sie ohne besondere Verstärkung zur Strahlablenkung in einer Braunschen Röhre ausreichen.
Der radiale, von der Mitte nur nach einer Seite gerichtete Leuchtstrich gewährleistet
ferner einer eindeutige WInkelanzeige über 360° und ermöglicht die Zusammenschaltung
zwei oder mehrerer derartiger Einrichtungen zur Grob- und Feinanzeige.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 die als Durchmesserlinie
geschriebene Spurlinie des Elektronenstrahles bei der bekannten Einrichtung.
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Fig. 2 die gemäß der Erfindung als Radiuslinie geschriebene Leuchtspur
des Elektronenstrahles.
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Fig. 3 eine graphische Darstellung. aus welcher der Zusammenhang
zwischen radialer Zeigerstellung und Amplitudenverhältnis der beiden Abblenkwechselspannungen
ersichlich ist.
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Fig. 4 eine grundätzliche Anordnung des als Ausführungsbeispiel gebrachten
Lichtzeigergerätes einschließlich eines Wechselstromgebersystems, dessen Stellung
zur Fernanzeige gebracht werden soll.
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Bei dem bekannten Lichtzeigergerät dient als Lichtzeiger die als
Durchmesserlinie geschriebene Spur des Elektronenstrahles. Die Durchmesserlinie
nach Fig. 1 eignet sich bei symmetrischer Ausbildung nur für einen Anzeigebereich
kleiner als 180.
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Zur Bildung einer derartigen Spur des Elektronenstrahles dienen zwei
denselben nach den beiden Koordinatenachsen auslenkende Ablenksysteme, an welche
zwei frequenzgleiche Wechselspannungen angelegt werden, deren in die Koordinatenachsen
fallende Komponenten der Strahlablenkung für die Dauer mehrerer Perioden ein gleichbleibendes
Verhältnis aufweisen. Die einfachsten Verhältnisse ergeben sich bei Zugrundelegung
des rechtwinkliten Koordinatensystems. Für diesen Fall ist in Fig. 3 gezeigt, wie
eine Änderung des Amplitudenverhältnisses der frequenzgleichen Ablenkung zu einer
LIchzeigerverstellung im Sinne einer Drehung der Durchmesserlinie führt.
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Der Lichtzeiger nimmt die Stellung a ein, welche den Zeigerausschalgwinkel
α ergibt.
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Die zur Ablenkung des Elektronenstrahles nach der Ordinatenachse dienende
Wechselspannung sei U1, diejenige für die Ablenkung n die Abszissenachse sei U2.
Durch Projektion des Punktes a auf di U1-und U2-Achse ergeben sich die Scheitelwerte
der zum Zeigerausschalg α gehörenden Ablenkwechselspannungen U1a und U2a.
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Das Amplitudenverhältnis ergibt sich nahc Größe und Vorzeichen aus
dem Tangens des Zeigerausschlagwinkels α.
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Soll der Lichtzeiger die neue Stellung b einnehmen, so ergibt die
Projektion des Punktes b auf die Spannungsachsen die neuen Scheitelwerte für die
Ablenkwechselspannungen U13, U23, deren Amplitudenverhältnis jetzt durch den Tangens
des Winkels ß bestimmt ist.
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Der Einfachheit wegen wurde vorausgesetzt, daß die Auslenkung des
Elektronenstrahles in jeder Koordinatenachse verhältnisgleich der zugeordneten Ablenkspannung
erfolgt.
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Gemäß der Erfindung wird der Lichtzeiger nur als von der Ruhelage
des Elektronenstrahles radial nach anßen gehender Strich geschrieben, um die Anzeige
über volle 360° eindeutig zu machen. Zu diesem Zweck wird
die Ablenkung
des Elektronenstrahles für die zweite Halbperiode der Ablenkweschselspannungen unterdrückt.
Dies ist in der Fig. 3 reqn äußerlich dadurch zum Ausdruck gebracht, daß die zweite
Halbperiode der beiden Wechselspannungen und die-ihr entsprechende Ergänzung der
Radiunslinie zur Durchmesserlinie punktiert gezeichnet sind.
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Eine Möglichkeit zur Unterdrückung der Strahlablenkung während der
zweiten Halbwelle der Ablenkwechselspannung besteht darin, den Elektronenstrahl
durch an sich bekannte Maßnahmen, wie Steuerung des Wehneltzylinders, Anordnung
einer Sperrkammer od. dgl. für die Dauer dieser Halbwelle zu sperren.
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Fgi. 4 zeigt ein Ausführungsebispiel des erfindungsgemäßen Lichtzeigergerätes
in einer grundsätzlichen Anordnung, und zwar unter Enschluß eines Wechselstromgebersystems,
welches die darzustellende Größe liefert. Auf der Achse, deren Winkelstellung angezeigt
werden soll, befindet sich der Läuer 1 eines Wechselstromgebersystems, dessen Ständer
2 einphasig mit Wechselspannung, beispielsweise von 50 Tz. erregt sei. Der äufer
ist im einfachsten Fall zweiphasig gewickelt. Für das Ausführungsbeispiel wurde
jedoch der üblichere dreiphasig gewickeite Läufer gewählt. Durch Anwendung der Schschen
Schlatung wird mittels der beiden Übertrager 3 und 4 eine Zweiphasenschaltung hergestellt.
Die Sekundärspannungen der Übertrager sind an die Abenksysteme 5 und 6 der Brauschen
Röhre gelegt.
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Die Ablenksysteme sind im Beispielsfall als Platten ausgebildet.
Die Übersetzungsverhältnisse der Übertrager sind so gewählt, daß bei den' Scheitelwerten
der primären Spannungen sich auf dem Schirm der Braunschen Röhre in den beiden Koordinnatenaschsen
gleiche Ablenkbeträge für den Slektronenstrahl ergeben. Bei einer Drehung des Läufers
1 ändern sich die Ampliduten der Wechselspannungen U1 und U2, welche zur Ablenkung
des Elektronenstrahles dienen, abhängig von Drehwinkel des Läufers so wie die Spannungen
eines Zweiphasensystems sich zeitlich ändern. In der gezeichneten Läuferstellung
hat z. B. die Spannung U1 ihren Höchstwert, während U2 gerade Null ist. Dreht man
den Läufer um 90°, so ist die Spannung 2 auf dem Höchstwert, wahrend die Spannung
U1 ihren Nullwert aufweist.
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Erschien auf dem Leuchschirm der Braunschen Röhre der Lichtzeiger
im ersten Fall als ein senkrechter Strich, so beobachtete man ihn im zweiten Fall
als waagerechten Strich.
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Nach weiterer Drehung des Läufers um 90° ist U1 wieder im Scheitelwert,
aber mit 180° Phasenlage gegen die Erregerspannung des Ständers 2, während U2 wieder
verschwindet.
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Man beobachtet also auf dem Schirm wieder einen senkrechten Strich.
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Um die Zeigerstellungen auf dem Schirm eindeutig zu gestalten, wird
die zu einer bestimmten Halbperiode der Erregerspannung ehörende Ablenkung auf dem
Schirm unterdrückt, z. B. dadurch, daß die Röhre während dieser Halhperiode gesperrt
wird. Dies läßt sich durch die in Fig. 4 beispielsweise gezeigte Schaltung eines
Übertragers 7, eines elektrischen Ventils 8 und eines Widerstandes 9 erreichen.
Die Unterdrückung der zur einen Halbperiode gehörenden Auslenkung des Elektronenstrahles
kann auch an den Ablenksystemen durch Verwendung einer phasenempfindlichen Ventilschaltung
vorgenommen werden, welche jeweils die Ablekspannungen während derselben Halbperiode
sperrt.
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Durch derartige Maßnahmen wird für das Auge die eine Hälfte der Durchmesserlinie
auf den Schirm unterdrückt, und der Lichtzeiger erscheint als ein vom Mittelpunkt
des Schirmes radial nach außen geschriebener Strich, der sich mit dem Läufer I mitdreht.
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Durch eine zusätzliche Steuerung des Wenneltzylinders kann der von
der Kathode 11 ausgehende Elektronenstrahl für gewöhnlich volständig gesperrt und
erst durch einen im Stromkreis 12, 13, 14 aufgenommenen Impuls freigegeben werden.
Auf diese Weise lassen sich z.B. Laufzeitmessungen durchführen, wenn man dafür sorgt,
daß der Be; ginn der Zeitzählung mit einer vereinbarten Lage des LIchtzeigers zusammenfällt.
Die Luafzeit ist dann verhältnisgleich dem Drehwinkel des Läufers 1 bzw. dem Ausschlagwinkel
des Lichtzeigers.
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Das erfindungsgemäße Lichtzeigergerät ist demnach besonders geeignet
für die Fernübertragung und Anzeige von Winkelstellungen, wobei es an und für sich
gleichgültig ist, wlecher Übertragungswinkel der jeweiligen Winkelstellung zugeordnet
wird, beispielsweise also auch einer Zeitgröße wie beim Echomeßverfahren.
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Da der Energiebedarf zur Ablenkung des Elektronenstrahles sehr gering
ist, läßt sich von einem Geber ohne weiteres eine größe Anzahl von Lichtzeigergeräten
gemeinsam beeinflussen, also z.B. eine Mehrfachübertragung nach verschiedenen Empfangs
stellen durchführen.