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Einrichtung zur Fernübertragung von Meßwerten mittels Impulse Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernübertragung von Meßwerten mittels Impulse.
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Bei einer Art der Impulsübertragung, den sogenannten Impulsfrequenzverfahren,
wird der Meßwert durch die Summe von Einzelimpulsen wiedergegeben. Bei einer anderen
Art ist der zeitliche Abstand von Impulsen mit untereinander gleichen Funktionen
ein Maß für den Meßwect. Beide Arten der Impulsübertragung haben Eigenheiten, die
eine beschränkte Anwendungsmöglichkeit zur Folge haben. So ist u. a. bei den Impulsfrequenzverfahren
eine Mindestfrequenz über den gesamten Meß-Bereich erforderlich, um eine einwandfreie
Wiedergabe zu erreichen. Das andere Verfahren gibt überhaupt nicht unmittelbar den
Meßwert wieder.
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Die Erfindung schlägt nun abweichend von den bekannten Fernmeßeinrichtungen
mit Impulsübertragung vor, den Meßwert durch Impulspaare wiederzugeben, wobei der
zeitliche Abstand der zusammengehörigen Einzelimpulse eine Funktion des zu messenden
Wertes ist. Durch diese grundsätzliche Abweichung wird gegenüber den Irripuls'-r:equenzverfahren
eine wesentliche Vereinfachunf. der Gesamteinrichtung und gegenüber dem anderen
Verfahren eine unmittelbare Wiedergabe des Meßwertes erreicht, wobei außerdem der
Vorteil vorhanden
ist,. daß zur Fernübertragung eine beliebige
Einzelleitung ausreicht, man also' beispielsweise vorhandene Telefonadern zur Übertragung
heranziehen kann, dies sogar, wenn die benutzte Ader zu einem besprochenen Aderpaar
gehört.
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Der zu übertragende Meßwert wird gemäß der Erfindung durch ein Geberwerk
abgetastet und in zeitlich aufeinanderfolgende Stromimpulse umgesetzt, deren zeitlicher
Abstand eine Funktion des Meßwertes ist \ und von denen ein Impuls das mit konstanter
Geschwindigkeit laufende Empfängerwerk freigibt, welches, ohne weitere Beeinflussung
durch den Geber bis zum Erreichen seiner Ausgangsstellung durchlaufend, einen Zwischengeber
antreibt, der seinerseits mit einem zweiten Empfangswerk derart in elektrischer
Verbindung steht, daß dieser zweite 4mpfänger durch den nachfolgenden Abtastimpuls
in die Stellung gesteuert bzw. nachgeholt wird, welche derjenigen entspricht, die
der Zwischengeber beim Eintreffen dieses Impulses erreicht hat.
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Für die Übertragung von Meßwerten, wie Strom, Spannung, Drücken o.
dgl., die direkt oder indirekt von einem anzeigenden Instrument abgetastet werden
können, werden die Impulse im Geber dadurch zu Impulspaaren zusammengefaßt, daß
durch konstanten Umlauf eines Kontaktarmes eine Ausgangsstellung, z. B. Nullpunkt,
und die der Meßgröße entsprechende Stellung abgetastet werden, wobei zur Verhinderung
falscher Impulspaarung der maximale Abstand zweier zusammengehöriger Impulse kleiner
gehalten wird als der minimale Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse aufeinanderfolgender
Impulspaare.
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Für die Übertragung von Meßwerten, wie Durchflußmengen, Kilowattstunden
o. dgl., die durch Zählwerke gemessen werden, wirkt das Zählwerk selbst als Geber
und veranlaßt Impulse, deren maximaler zeitlicher Abstand kleiner ist als die Gesamtumlaufzeit
des Zwischengebers und deren minimaler zeitlicher Abstand bei Verwendung eines nachgeschalteten
Schrittschaltwerkes größer ist als die Zeit, die zum Umlauf einer Schaltstufe erforderlich
ist.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es nun möglich, eine
bekannte Kommando= anlage zu verwenden, und zwar in der Weise, daß der Zwischengeber
zum Geber der Kommandoanlage wird und der Empfänger der Kommandoanlage den Meßwert
wiedergibt. Da diese Anlagen mit Drehfeldübertragung arbeiten, sind sie in bezug
auf die Geräte sehr einfache Einrichtungen, die aber noch nicht die Registrierung
und die Betätigung von Stellungssignalen o. dgl. gestatten, es sei denn, es werden
umfangreiche Zusatzeinrichtungen nachgeschaltet. Die Forderungen; Registrierungen
o. dgl. vornehmen zu können, werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung durch
die Verwendung von Schrittschaltwerken als Empfänger erfüllt, wobei der Zwischengeber
eine durch das Empfängerlaufwerk angetriebene Nockenscheibe ist, die Stromstöße
zur Betätigung des Schrittschaltwerkes veranlaßt, die nach Eintreffen des zweiten
Abtastimpulses unterdrückt werden. Die Schrittschaltwerke' können z. B. in Form
der für Fernsprechwähleranlagen bekannten Drehwähler oder in Form von Relaisketten
o. dgl. angewendet werden.
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Um das Leitungsnetz eines vorhandenen SA-Telefonsystems ausnutzen
zu können, wird zur weiteren Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, das die Abtastimpulse
empfangende Relais des Empfangsgerätes (Impulsrelais) in die geerdete Leitung einer
Apparatschleife des Telefonsystems einzuschalten, des weiteren als Impulsrelais
ein hochempfindliches polarisiertes Relais zu verwenden, welches in Ruhestromschaltung
arbeitet und dessen Ansprechstrom im Vergleich zu dem der Relais des Telefonsystems
derart niedrig ist, daß die zu seiner Betätigung erforderlichen Ströme zur Betätigung
der Relais des Telefonsystems nicht ausreichen, des ferneren die Leitung, in welche
das Impulsrelais eingeschaltet ist, dauernd an eine zusätzliche Spannung zu legen,
deren Abbau durch die Kontaktgabel im Geber der Meßeinrichtung das Impulsrelais
betätigt und schließlich den durch die Leitung der zusätzlichen Spannungsquelle
gegebenen Nebenschluß durch Einbau eines elekfrischen Ventils für den Durchgang
der, Wählimpulse des Telefonsystems zu verriegeln.
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An Stelle der vorstehend im einzelnen gekennzeichneten Anschaltung
können auch für andere Zwecke entwickelte Schaltungen verwendet werden, wie z. B.
Übertragungen mittels Simultanschaltung der Leitungen, deren Anwendung aber für
die Übertragung insbesondere z. B. bei der speziellen Anwendung im Grubenbetriebe
unter Tage zu kostspielig sein würde.
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Zur Erläuterung des Grundgedankens sowie weiterer Einzelheiten der
Erfindung seien nachstehend zwei Ausführungsformen der Meßeinrichtung an Hand der
Abb. i bis 3 beschrieben.
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Die Darstellungen zeigen im einzelnen: Abb. i das Empfangsgerät mit
Schrittschaltwerken, Abb.2 das Empfangsgerät mit Drehfeldübertragung, Abb. 3 a bis
3 c einen Geber mit Anschaltung an eine Fernsprechanlage.
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I. Empfangsanlage mit Schrittschaltwerken In der Abb. i bedeuten:
M einen handelsüblichen Synchronometer mit Untersetzungsgetriebe als Antriebsmotor
für den Empfänger, Ni, N2, N4 Kontaktscheiben und N3 eine Nockenscheibe mit
mehreren Schaltnocken, die auf der gleichen, vom Motor getriebenen Welle angeordnet
sind. i. Drehwähler und 2. Drehwähler zwei Schrittschaltwerke mit je vier Kontaktarmen
a, b, c, d und drei Kontaktreihen mit je zwölf Kontakten und einer Kontaktbahn,
Dri den Betätigungsmagneten des i. Drehwählers, D.r2 den Betätigungsmagneten des
2. Drehwählers, RU einen üblichen Relaisunterbrecher, W einen Stufenvorschaltwiderstand,
mA ein in Einheiten der zu übertragenden
Meßgröße geeichtes Meßinstrument,
J das Impulsrelais, das vom Geber beeinflußte Empfangsrelais, A, B, C, D
übliche Relais mit Wickeldaten und Bestückung nach der Tabelle zu Abb. i,
Sch den Hauptschalter.
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Wirkungsweise Ein vom Geber kommender Impuls (Abtastimpuls i) beeinflußt
das Impulsrelais J, welches durch Umlegen seines Wechselkontaktes iIII den Stromkreis
des Verzögerungsrelais D unterbricht und (las Schaltrelais A betätigt über: --Batterie,
SCh, Sie, A, dIV, 1111, Erde.
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Ist der auslösende Abtastimpuls der erste Impuls eines Impulspaares,
d. h. trifft er zu der Zeit ein, wo M in Nullstellung steht, so bleiben folgende
Schaltungen des A-Relais unwirksam: i. av unterbricht zwar den direkten Stromkreis
des B-Relais, dieses hält sich jedoch über den bestehenden Nebenschluß: --Batterie,
Sch, Sii, B,
O-Kontakt und a-Arm des ersten Drehwählers, Erde.
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2. al legt auf den bei rat unterbrochenen Stromkreis um.
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3. aln (2) unterbricht den bei 11d ebenfalls unterbrochenen
Stromkreis.
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Wirksam wird also lediglich aIII (i) und schaltet den Antriebsmotor
ein: ,--, Si4, aIII i, dII, M, ", und nach Anlauf --- , Si4, 11i,
M, -V. Dieser Stromkreis wird erst Nvieder unterbrochen, wenn die Scheibe
N 'i in die Anfangsstellung zurückgekehrt, also ein ganzes Spiel abgelaufen ist.
Das Verzögerungsrelais D sorgt mit seinen d-Kontakten dafür, daß die von J kommenden
Impulse zeitlich nur so lange währen, wie zum Anlaufen von M erforderlich ist, damit
ein etwa kurz vor Erreichen der Nullstellung des Motors M eintreffender Impuls nicht
etwa am Ende seiner Dauer noch eine Wiedereinschaltung von 111 und damit
eine Fehlmessung herbeiführen kann (vgl. Ausschaltung von Fehlerquellen unter i.).
Nach Wiedererreichen der Anfangsstellung setzt sich also der Motor selbsttätig still.
Auf der gleichen Welle wie Ni sitzen die Kontaktscheiben N2 und N4 und die Nockenscheibe
N3. N2 hat die Aufgabe, dem Relais A einen Haltestromkreis vorzubereiten, welcher
in jeder Stellung des Laufwerkes wirksam werden kann, außer in derAnfangsstellung.
@'\'4 bereitet einen Stromkreis für den zweiten Drehwähler vor, welcher diesen in
die@Nullstellung laufen läßt, falls der zweite Abtastimpuls aus irgendeinem Grunde
nicht innerhalb der durch den vorgesehenen Meßbereich bedingten Zeit auf den ersten
Impuls folgt (vgl. Ausschaltung von Fehlerquellen unter .1.).
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Wenn nun der Motor läuft und die Nockenscheibe N3 dreht, so schließt
113 stoßweise den Strpmkreis des Drehmagneten des ersten Drehwählers: --Batterie,
Sch, Sie, Dri, 113, aI, Erde. Durch Dri werden die vier Kontaktarme
des ersten Drehwählers jeweils um einen Schritt weitergeschaltet. In diesen Vorgang
hinein (frühestens nach ein-, spätestens nach elfmaligem Schließen von 113) kommt
nun aufgabegemäß der zweite Impuls vom Geber (Abtastimpuls 2). Geber und Empfänger
sind nämlich so aufeinander abgestimmt, daß der zweite Abtastimpuls jeweils nach
ein bis elf Betätigungen des 113-Kontaktes erfolgen muß. Es sei angenommen, Abtastimpuls
2 komme nach der vierten Betätigung von 113. Durch iIII wird wieder A betätigt:
--Batterie, Sch, Sie, A, dlv, ill', Erde. Da jetzt aber N2
nicht mehr
in der Anfangsstellung steht, ist 112 geschlossen, und A hält sich über: --Batterie,
Sch, Sie,
A, 112, ai, Erde so lange, bis durch 112 in der Anfangsstellung
wieder die Abschaltung erfolgt. Durch das Umlegen von al wird aber gleichzeitig
der Stromkreis des ersten Drehwählers unterbrochen, d. h. der erste Drehwähler wird
nicht weitergeschaltet.
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Durch seinen a°-Kontakt bringt A aber gleichzeitig das normalerweise
über: --Batterie, Sch, Si i, B, av, Erde unter Spannung stehende B-Relais
zum Abfallen, wodurch der bV-Kontakt (Ruhekontakt) geschlossen wird. Über: --Batterie,
Sch, Sie, Dr2, bv, RU, Erde wird nunmehr der zweite Drehwähler durch den
Relaisunterbrecher so lange betätigt, bis bv wieder öffnet. Dies geschieht in dem
Augenblick, wo der zweite Drehwähler die gleiche Stellung erreicht hat wie der erste
und B nun wieder Spannung erhält über: --Batterie, Sch, Sii, B, C(2,
i), a-Arm und Kontakt 4 des zweiten Drehwählers, Kontakt 4 und a-Arm des ersten
Drehwählers, Erde (Aufprüfen).
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Damit nun der erste Drehwähler wieder in die Ausgangsstellung O laufen
kann, ohne daß der zweite Drehwähler folgt; muß dieser in der soeben erlangten Stellung
(im Beispiel also 4) festgehalten werden. Das geschieht dadurch, daß das C-Relais
über cll einen Haltestromkreis für seine eigene Haltewicklung C(3, 4) einschaltet:
--Batterie, Sch,
Sii, B, av, CII, C(4, 3), Erde, und damit auch
B eingeschaltet also bv geöffnet bleibt.
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Sobald der zweite Drehwähler die Stellung 4 erreicht hat und sich
dort mit Hilfe des B- und C-Relais hält, wird durch das gleiche C-Relais über den
cIv-Kontakt der erste Drehwähler in die Ausgangsstellung weitergesteuert: --Batterie,
Sch, Sie, Dri, d-Arm und Kontaktbahn des ersten Drehwählers, cIV, RU, Erde.
Da die Kontaktbahn des d-Armes nur vom ersten bis elften Schritt reicht, wird dieser
Stromkreis in der Ausgangs(O)-Stellung unterbrochen, so daß der erste Drehwähler
in dieser Stellung stehenbleibt.
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In dieser Gesamtstellung, zweiter Drehwähler auf dem vierten Schritt,
erster Drehwähler in der Ausgangsstellung, ist die Empfangsanlage dann wieder für
die Aufnahme eines Abtastimpulses i frei, sobald auch der Motor M in seine Anfangsstellung
durchgelaufen ist.
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Die Sichtbarmachung der vom Empfänger aufgenommenen Werte geschieht
durch ein elektrisches Instrument mA, ein schreibender und/oder anzeigender Strommesser
mit Skalenteilung und Beschriftung in Einheiten der Meßgröße. Es erhält einen je
nach der Drehwählerstellung verschieden großen Strom über: Batterie, Si3, Teilwiderstand
W, b-Arm des 2. Drehwählers, bIII, mA, Batterie. Durch blII wird mA während
der Zeit, in
der der zweite Drehwähler in Bewegung ist, um dem ersten
nachzulaufen, auf den in der neuen Meßstellung stehenden ersten Drehwähler umgeschaltet.
Hierdurch wird erreicht, daß der Instrumentenstrom die durch die rundlaufende Wählerbewegung
bedingten Schwankungen nicht mitmacht.
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Die c-Arme der Drehwähler können beliebig für Signale (Achtung, zu
hoch, zu tief usw.) benutzt werden.
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Die im Schaltbild weiterhin eingezeichneten Relais, Kontakte, Widerstände,
Kondensatoren usw. dienen zur Verbesserung des Arbeitens (Funkenlöschung usw.) bzw.
zur Ausschaltung von Fehlerquellen.
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Ausschaltung von Fehlerquellen i. Würde beispielsweise der zweite
Abtastimpuls so spät erfolgen und gleichzeitig von so langer Dauer sein, daß durch
ni keine Abschaltung des Motors in der Anfangsstellung erfolgen kann, weil durch
aIII(i) der Anlaßstromkreis -, Si4, alil(i), .... M, -y geschlossen ist, so ist
dieser. Stromkreis bei dII durch das verzögert abgefallene D-Relais unterbrochen.
Es kann also jeweils nur der Anfang eines Impulses die Ingangsetzung des Motors
auslösen, wodurch die Meßzeit; von der Dauer des Einzelimpulses unabhängig, von
Beginn eines Impulses bis zum Beginn des nächsten reicht.
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2. Würde der erste Abtastimpuls von so langer Dauer sein, daß
A über --Batterie, Sch, Sie, A,
. . . , illl, Erde noch unter Strom
und damit aI auf den Strompfad n2 umgelegt wäre, wenn die Nockenscheibe A'3 bereits
Stromstöße über n3 ... aI herausgeben muß, so hat inzwischen dlv den Stromkreis
von A unterbrochen.
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3. Wenn der zweite Abtastimpuls ausbleibt (Leitungsstörung) oder infolge
Über- oder Unterschreitens der festgelegten Me$grenzen nicht in der Zeit kommt,
in welcher die Zähne 'der Nockenscheibe N3 ablaufen, so wird nach Erreichen der
elften Stufe des ersten Drehwählers der zweite Drehwähler in die Nullstellung gesteuert
und damit auch am Ableseinstrument ein Wert außerhalb des Meßbereiches (etwa O)
angezeigt. Dies geschieht mit Hilfe der Kontaktscheibe N4, welche den Kontakt n4
in dem Zeitpunkt schließt, wo N3 den zwölften Stromstoß herausgibt, und bis zum
Erreichen der Anfangsstellung von M geschlossen hält. Über --Batterie,
Sch, Sie, Dr2, d-Arm und Kontaktbahn des zweiten Drehwählers, n4, dIII(2),
RU, Erde wird der zweite Drehwähler bis in die Nullstellung gesteuert. Hier wird
der Stromkreis unterbrochen, da die Kontaktbahn nur bis zur Stellung i i reicht.
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4. Eine Impulsvertauschung der Geberimpulse, die an sich bei Übertragung
von Meßwerten, welche durch den Geber direkt oder indirekt von einem anzeigenden
Instrument abgetastet werden, möglich ist (s. Beschreibung des Gebers unter III
a), indem ein Abtastimpuls 2 wie ein Abtastimpuls i wirkt und das Empfängerlaufwerk
in Gang setzt, während ein Abtastimpuls i des Gebers in der Empfangsanlage die Wirkungen
eines Abtastimpulses 2 auslöst, läßt sich in einfachster Weise dadurch verhindern,
daß der Gesamtmeßwinkel des Gebers kleiner als i8o° gehalten wird. Dadurch wird
erreicht, daß die Zeit Abtastimpuls 2, Abtastimpuls i, größer ist als die größtmögliche
Zeit Abtastimpuls i, Abtastimpuls 2. Da die Nockenscheibe so geteilt ist, daß zwölf
Nocken der größten Zeit Abtastimpuls i, Abtastimpuls 2 entsprechen, müß also hei
flacher Paarung der zweite Impuls (Abtast= impuls i) außerhalb der Meßzeit fallen.
Damit bekommt er aber automatisch die richtige Wirkung als Abtastimpuls i.
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II. Empfangsanlage mit Drehfeldübertragung In der Abb.2 bedeuten:
M den Synchronantriebsmotor für den Empfänder, Ni, N2 Kontaktscheiben, Di
den Geber einer üblichen Kommandoanlage, D2 den Empfänger einer üblichen Kommandoanlage,
I das vom Geber der Gesamtmeßeinrichtung beeinflußte Empfangsrelais (Impulsrelais),
A, D normale Relais mit der in der Abbildung angegebenen Bestückung.
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Wirkungsweise Ein vom Geber kommender Impuls beeinflußt das Empfangsrelais
1, welches durch Umlegen seines Kontaktes iIII den Stromkreis --Batterie, D, ill1
Erde öffnet, wodurch D verzögert abfällt und den Stromkreis --Batterie, A, iIII,
Erde schließt.
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Ist der auslösende Impuls der erste Impuls eines Impulspaares, d.
h. trifft er zu der Zeit ein, wo M in Nullstellung steht, so werden nur die Kontakte
all und dII wirksam, da der Stromkreis, in welchem aIv und dlv liegen, bei
n2 unterbrochen ist. M wird angelassen und läuft, wie zuvor unter
I beschrieben, bis zum Erreichen der Anfangsstellung durch, worauf er sich durch
:\'i selbst stillsetzt. Gleichzeitig mit M läuft der drehbare Teil des Kommandogebers
Di um. Während dieses Umlaufes kommt nun der zweite Impuls (Abtastimpuls 2) und
betätigt 1. Nunmehr ist aber n2 geschlossen und über den schließenden aIv-Kontakt
und den verzögert öffnenden dIV-Kontakt wird die elektrische Verbindung zwischen
Di und D2 gerade so lange geschlossen, bis D2 in die Stellung nachgerückt ist, die
Di in diesem Augenblick hat. In dieser Stellung bleibt D2 so lange stehen, bis ein
neuer AbtastiMpuls 2 gegebenenfalls eine Korrektur bewirkt: Ein auf der Achse von
?h angebrachter Zeiger zeigt auf einer entsprechend geeichten Skala direkt den Meßwert
an.
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Zur Betätigung von schreibenden Meßgeräten; Signalen usw. sind Zusatzeinrichtungen
anzuordnen; die durch D2 betätigt werden.
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11I. Der Geber und seine Anschaltung an eine Fernsprechanlage In den
Abb. 3 a bis 3 c bedeuten L ein Laufwerk, z. B. ein Synchronmotor, auf dessen Achse
ein Kontaktarm K mit Schleiffeder S sitzt, Ml ein Meßinstrument, das bei dem niedrigsten
zu übertragenden Meßwert einen Kontakt 0
hat, welcher mit
dem ebenfalls als Kontakt wirkenden Zeiger Z parallel geschaltet ist, G ein Relais
mit Abfallverzögerung, h ein elektrisches Ventil (Gleichrichter), St eine Stromquelle
mit hohem inneren Widerstand, z. B. ein Klingeltransformator, zur Begrenzung des
Kurzschlußstromes beim Schließen von g, F eine SA-Fernsprechstation, J das Impulsrelais
der Empfangsanlage (polarisiertes Relais).
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Wirkungsweise a) Von einer Stromquelle St wird über ein elektrisches
Ventil h ein Potential auf die im SA-Amt geerdete b-Leitung eines Fernsprechanschlusses
aufgedrückt. Wenn die Schleiffedern S des mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden
Kontaktarmes K beim Überstreichen des Kontaktes O oder des mit diesem parallel geschalteten
Zeigers Z des Meßinstrumentes einen Stromstoß in der Wickelung des Verzögerungsrelais
G veranlaßt und durch g ein Kurzschluß der Stromquelle nach Erde hervorgerufen wird,
bricht dieses Potential zusammen und das polarisierte Impulsrelais I in der Empfangsanlage
der Meßeinrichtung wird betätigt. Die Empfindlichkeit von J und die Stärke der Betätigungsströme
(abhängig von Leitungslänge, -querschnitt und Spannung) werden so gehalten (etwa
drei mA), daß eine Beeinflussung der Relais im SA-Amt, die Ansprechströme von mehr
als dreißig mA benötigen, nicht erfolgt. Der Schleifenstrom des Fernsprechgerätes
kann infolge der Ventilwirkung von h nicht nach Erde abfließen. Die Wählimpulse
von F beeinflussen J nicht, da der erforderliche Anzugsstrom durch das von S herrührende
Potential erhalten bleibt. Die Rufströme für F nehmen ihren Weg über den zu J parallel
geschalteten Kondensator und beeinflussen die Messungen ebenfalls nicht.
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b) Ist die zu erfassende Meßgröße ein Wert, der sich durch Zählwerke
erfassen läßt (z. B. Menge, .Arbeit usw.), so tritt an Stelle des Abtastwerkes mit
Meßinstrument und Laufwerk eine auf der Zählerwelle angebrachte Nockenscheibe mit
zugehörigem Betätigungskontakt. In diesem Falle werden in der Empfangsanlage je
zwei aufeinanderfolgende Impulse aus der Reihe der an sich gleichwertigen Impulse
zu Impulspaaren zusammengefaßt.