DE855166C

DE855166C - Vorrichtung zur Anzeige, Registrierung und regeltechnischen Auswertung von mehreren verschiedenartigen, unabhaengigen, veraenderlichen Messwerten

Info

Publication number: DE855166C
Application number: DEK7315A
Authority: DE
Inventors: George Dr Keinath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-07-23
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-11-10

Description

Vorrichtung zur Anzeige, Registrierung und regeltechnischen Auswertung von mehreren verschiedenartigen, unabhängigen, veränderlichen Meßwerten Die Erfindung betrifft elektrische Systeme für Meß-, Anzeige-, Aufzeichnungs- oder Regelzwecke und insbesondere elektrische Apparaturen, in denen ein bewegliches Glied, z. B. ein Zeiger, eine Aufzeichnungseinrichtung oder ein Regelteil in Abhängigkeit von und in bestimmter beziehung zu den Änderungen einer veränderlichen physikalischen Größe, z. 13. Spannung, Strom, Wattverbrauch, Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, DurchfluB-menge. Leistungsfähigkeit usxv., arbeitet.
Ein Ziel der Erfindung ist, elektrische Systeme von dem obenerwähnten Typ zu schaffen, die besonders vorteilhaft sind, wenn der Meßvorgang eine integrierende oder multiplizierende Funktion mit einschließt, wie im Fall von Systemen für Messung, z. B. von Durchflußmengen, von Flüssigkeiten, Wärmemengen, Energie oder Kraftstoffverbrauch, Leistungsfähigkeit und ähnliche integrierte oder irgendwie anders zusammengesetzte Größen.
Eines der besonderen Ziele nach dem ersteren ist, ein elektrisches System zu schaffen zum Anzeigen oder Aufzeichnen der Durchflußgeschwindigkeit oder -menge in Rohrleitungen, wobei die eigentliche Messung durch andere und verläßl,ichere, besser zu handhabende und verändernde Vorrichtungen als durch Flichkraftvorrichtungen, die bis jetzt für solche Zwecke bekannt waren.
Ein weiterer Zweck ist, auch verbesserte Meßmittel zu schaffen zur Bestimmung von Wärmemengen, z. B. der Wärme, die an ein Verbrauchergerät in Form einer erhitzten Flüssigkeit geliefert wird.
Noch ein anderes Ziel ist, eine verbesserte Messung von mechanischen Ene rgiegrößen herbei zum führen, die in Maschinen und Apparaturen vorkommen, deren zu messende Arbeitsweise nicht elektrisch ist, wie im Fall von Messungen der Energieleistung von Antriebsanlagen auf Schiffen oder in Flugzeugen, die einen Krafterzeuger haben, der mit dem energieverbrauchenden Propeller direkt gekoppelt ist. Die Vorrichtungen, die zur Messung von Größen mechanischer Energie zur Verfügung stehen, sind ziemlich kompliziert und für viele Zwecke hinsichtlich Genauigkeit und Betriebsgeschwindigkeit nicht zufriedenstellend. Diese Mängel sollen durch die gegenwärtige Erfindung ausgeschaltet oder verringert werden.
Ein weiteres Ziel, das sich auf Anzeige, Aufzeichnungs- und Regelgerät im allgemeinen beiieht, umfaßt idie Schaffung von Systemen die eine hohe Meßgenauigkeit haben und in denen ein bewegliches Glied, das gemäß einer physikalischen Regelgröße gesteuert werden soll, durch Energie betätigt wird, wobei sehr einfache Mittel benutzt werden, um einen solchen Vorgang zu erzielen, verglichen mit anderen bekannten Einrichtungen für ähnliche Zwecke.
Ein Zweck der Erfindung ist auch, den Meßsystemen von den obenerwähnten Typen die Fähigkeit zu geben, einer Anzahl von linearen oder Mchtlinearen Gesetzen der Übertragung hinsichtlich der Abhängigkeit des erfolgten Vorgangs von der primären Größe, die den Vorgang steuert, zu gehorchen.
Das heißt, indem eines oder mehrere der qn den vorhergehenden Absätzen erwähnten Ziele erreicht wurden, ist ein Zweck der Erfindung auch der, das endgültige Meß- oder Steuerergebnis des Systems eine bestimmte mathematilsche Beziehung zu der veränderlichen Regelgröße darstellen zu lassen, so daß die angezeigten oder aufgezeichneten Angaben z. B. proportional zu der Quadratwurzel, zum Quadrat, zur dritten oder vierten Potenz der Steuergröße sind.
Ein anderer Zweck besteht in der Schaffung eines Meßsystems einer solchen grundsätzlichen Konstruktion und Arbeitsweise, das sich sofort für eine Menge verschiedener Typen von primären Steuergrößen eignet, so daß im wesentlichen das gleiche Gerät zum Messen oder Handeln in Abhängigkeit von elektrischen, thermischen oder mechanischen Größen benutzt werden kann.
Weiterhin ist ein Zweck der Erfindung, Meßsysteme zu schaffen, die ein Meßergebnis als eine Funktion von zwei oder mehreren verschiedenen Steuereffekten erzeugen, d. h. welche einen Rechen-Vorgang bewirken, um das Verhältnis, Produkt oder eine andere mathematiosche Beziehung zwischen inden Steuergrößen zu schaffen. Zum Beispiel liegt es in dem zuletzt erwähnten Ziel, ein System zur Bestimmung einer mechanischen Leistungsgröße als ein Produkt eines gemess,enen Drehmoments und einer getrennt gemessenen Umdrehungsgeschwindigkeit einer Energie übertragenden Welle oder beispielsweise eines Leistungswertes als eine Funktion von PS-Stunden und Kraftstoffversorgung zu schaffen.
Dieses und andere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung der wesentlichen Charakteristiken der Erfindung ersichtlich sein, ebenfalls aus der Diskussion der verschiedenen nachstehend aufgeführten Arten.
Die Erfindung besteht in einem Meßsystem, in dem eine veränderbare physikalische Steuergröße in einen entsprechend sich verändernden Zeitraum übersetzt wird. Dieser Zeitr.aum wird mit Hilfe eines Tastvorgangs mit zugleich mit dem Tasten gesteuerter Geschwindigkeit bestimmt. Genauer gesagt, schließt die Erfindung eine Meßanordnung ein, die ein Relais und ein veränderliches Ausgleicnmittel enthält und in der die Steuergröße fortwährend durch das Ausgleichmittel ausgeglichen wird hinsichtlich der Wirkung auf das Relais, so daß, wenn während des Tastvorgangs der Ausgleichmoment erriecht ist, das Relais anspricht und dadurch den Vorrang des integrierenden Instruments steuert. Bei einer bevorzugten Art einer solchen Anordnung wird ein Potentiometerinstrument benutzt, und sein bewegliches Glied wird so angetrieben, um das notwendige Abtasten durch Veränderung der Ausgangsspannung des Potentiometerinstruments in einem bestimmten Bereich durchzuführen. Bei einer solchen Einrichtung wird der Zeitpunkt des Ansprechens des Relais durch die Phasenlage des beweglichen Potentiometerglliiedes bestimmt, bei dem die Wirkung der Ausgangsspannung auf das Relais ein bestimmtes Verhältnis zu der der Steuergröße hat.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Abtast- oder der potentiometrische Vorgang und der Integriervorgang der Zeit proportional, so daß das Instrument ziel wie ein Uhrwerk wirkt. dessen Batifzeit gesteuert und in Abhängigkeit von der Steuergröße verändert wird.
Anders gesehen, bringt die Erfindung es fertig, daß wenigstens einer der reben erwähnten Vorgänge mit einer veränderlichen Geschwindigkeit eintritt, die durch eine andere Steuergröße gesteuert wird, so daß das integrierte Ergebnis, welches das Instrument zeigt, eine Funktion von zwei Varianten ist.
Es ist weiterhin ein wesentliches Merkmal einer Art von Systemen gemäß der Erfindung, daß die obenerwähnte Tast- otler potentiometrische Veränderung periodisch und innerhalb eines bestimmten Zeitraums beendet s-ein soll, so daß die integrierende Meßvorrichtung nur während eines Teils des Periodenzeitraums arbeitet, wobei dieser Teil veränderlich ist und durch die Steuergröße bestimmt wird.
Eine weitere Charakteristik von einigen Systemen im rahmen der Erfindung ist die Schaffung in einer Anordnung einer der bereits erwähnten grundsätz- lichen Arten von zusätzlichcn Stcuermitteln, z. B.
Schaltern, welche der Steuerung entweder der potentiometrischen Tasteinrichtung oder des integrierenden Meßinstruments oder beider einen zusätzlichen Steuereffekt auferlegen, abhängig von der Veränderung einer zweiten oder dritten Steuergröße, mit dem Ergebnis, daß der endgültig gemessene Wert eine Funktion von zwei oder drei Steuergrößen ist.
Dies ermöglicht, daß solche zusammengestellten Integralwerte, wie z. B. die Wirksamkeit oder der Wärmeverbrauch, bestimmt werden.
Um das Obenerwähnte oderandere Charackteristiken der erfindung deutlicher zu erklären, nehme man Bezug auf die Skizzen, die einige Meßsysteme zeigen, die gemäß den obiegen Ausführungen konstruiert sind und danach arbeiten.
Fig. I zeigt das Schaltbild eines integrierende Meßsystems zur Bestimmung einer elektrischen Größe, insbesondere für elektrische Ströme; Fig. 2 ist eine schematische Abbildung einer addierenden Meßeinrichtung zum Messen von Durchflußmengen von Flßssigkeiten, wie z. B. der Verbrauch von Dampf oder Gas; Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer anderen Art, ebenfalls zum Messen von Durchflußmengen von Flüssigkeiten; Fig. 4 zeigt schematisch ein system zum Messen von Wärmemengen, insbesondere von Hitze, die durch ein flüssiges Medium, z. B. Wasser, in einer Rohrleitung geliefert und zwischen zwei auseinanderliegenden Punkten der Leitung verbraucht wird; Fig. 5 bis 9 betreffen Systeme für die Messung von mechanischen Energiegrößen; genauer gesagt, gibt Abb. 5 ein Drehmoment oder eine Ablenk-Meß-Steuervorrichtung, wie sie im System der Fig. 6 bis 9 benutzt wird. wieder Fig. 6 ist das Diagramm eines Systems zur Bestimmung von gemessenen Leitstungsgrößen, z. B. in PS-Stunden; Fig. 7 und 8 zeigen Systeme zum Messen von mechanischen Energiegrößen, z. B. in PS; Fig. 9 zeigt das schaltbild eines Systems zum Messen eines Verhältnisses von zwei Größen, z. B. der Leistungsfähigkeit einer Maschinenanlage, ausgedrückt z. B. in PS-Stunden pro Kraftstoffverbrauchseinheit. Um das Vergleichen der Abbildungen miteinander zu erleichtern, wie auch im Interesse einer kurzen und klaren Wiedergabe der folgenden Beschreibung sind die letzten beiden Ziffern der Bezugszahlen, die in den verschiedenen Abbildungen benutzt wurden, identisch, wenn auf identische oder funktionsmäßig gleiche Teile Bezug genommen ist.
In Fig. 1 wird das abgebildete Strommeßsystem durch die Wechselstromleitung 101 gespeist und enthält einen Stromtransformator 111 als primäres Steuerteil. Ein Differentialrelais mit einem beweglichen Anker 125 und zwei Erregerspulen 121 und 128 ist mit seiner Spule 121 mit dem Stromtransformator 111 so verbunden, daß die Spule gemäß dem Strom in der Leitung 101 gespeist wird.
Eine potentiometrische Spannungsquelle ist für die Erregung der zweiten Relaisspule 128 vorgesehen.
Diese Spannungsquelle besteht aus einer Art von potentiometrischem Widerstand 132, der durch dauernde Spannung aus der Leitung 101 über einen spannungsstabilisierenden Regelwiderstand oder Lampe 133 gespeist wird. Ein beweglicher Kontakt 132 und eine der Klemmen des Widerstands 131 sind mit der relaisspule 128 verbunden. Foglich hängt die Spannung der Spule 128 von der Stellung des Kontakts 132 relativ zum Widerstand 131 ab.
Die beiden Relaisspulen 121 und 128 handeln entgegengesetzt zueinander, so daß das bewegliche Element 125 eine Steuerbewegung vollbringt, wenn die beiden gegenüberliegenden Drehmomente, durch die Spulen verursacht, sich einander ausgleichen.
Dieser Ausgleich kann erriecht werden, indem der Kontakt 132 in eine Lage gebracht wird, wo die Ausgangsspannung des Potentiometers einen solchen Wert hat, daß sie den durch den Transformator 111 verursachten Steuereffekt auf das Relais ausgleicht.
Daher zeigt die Stellung des Potentiometerkontakts 132, in der das Relais ausgeglichen ist, die Größe des durch den Transformator 111 gemessenen Stroms an.
Beim Ansprechen auf den Ausgleich öffnet oder schließt der Relaisanker seine Kontakte I26 und 127 und steuert dadurch einen Stromkreis 181. dessen Zweck später erörtert wird.
Der bewegliche Potentiometerkontakt 132 wird mit einem Antriebsmotor 153 durch mechanische Übertragung verbunden, wie durch die Punktstrichlinie 154 dargestellt ist. Der Motor läuft im Verhältnis zur Zeit und besteht in einer Art Synchronmotor, der von der Leitung 101 gespeist wird. Die Verbindung 154 ist so konstruiert, daß der Kontakt I32 durch einen bestimmten Bereich hindurch in Wechselwirkung steht. Als Ergebnis ändert sich die vom Potentiometer auf die Relaisspule 128 gelieferte Kompensationsspannung in einem bestimmten Zyklus.
Der Steuerstromkreis 181, der mit den Relaiskontakten 126 und 127 verbunden ist, wird aus der Leitung 101 gespeist, wenn nicht eine andere Stromquelle, z. B. eine Gleichstromquelle oder eine Kondensatorschaltung, vorgezogen wird. Dieser Steuerstromkreis enthält drei Instrumente, nämlich einen schreiber 141, eine addierende Zähleinrichtung 145 und einen Anzeiger 149. Diese drei Instrumente werden so arrangiert, daß sie gleichzeitig arbeiten, solange der Stromkreis 181 durch das Relais geschlossen ist.
Der Schreiber 141 hat einen Transportzylinder, der zusammen mit dem Stift 142 läuft, der sich wiederum synchron mit dem Potentiometerkontakt I32 bewegt. Dieser Synchronlauf wird erreicht durch direkten Anschluß des Kontakts I32 an den Stift 142.
Der Stift I42 und der Schreibzylinder bilden zwei Elektroden mit einem Regiistrierstreifen 144, der durch den Elektrodenzwischenraum hindurchgeht.
Wenn der Steuerkreis 181 unter Strom gesetzt wird, beeinflußt der Strom an dem Elektrodenzwischenraum den Registrierstreifen 144 und erzeugt darauf ein Zeichen. Beim Gebrauch von elektrolytischem Registrierpapier besteht das Zeichen aus einer Linie, die sich über den Teil des Wegs der Stiftelektrode ausdehnt, bei dem der Stromkreis I8I durch das Relais geschlossen ist. So wird bei jedem Arbeitszyklus eine Linie aufgezeichnet, deren Länge die gleiche Ausdehnung hat wie die Entfernung zwischen einem Ende des Wegs des Potentiometerkontakts I32 und der Zwischenstellung, bei welaher der Kontakt 132 durch die oben angeführte Balanciereinstellung geht. Daher zeigt die Länge einer jeden Linie auf dem Registrierpapier die Stromgröße an, die auf den Transformator 111 wirkt. In einer Reihe von nacheinanderfolgenden periodischen 1Arbeitsgängen wird eine Anzahl von parallelen Linien auf ,die Papierrolle I44 gezeichnet, wobei eine Aufzeichnung, wie abgebildet, erzeugt wird, die die Stromänderungen während irgendeines beliebigen Zeitraums zeigt.
Die Zähleinrichtung I45 enthält einen integrierenden Zählmechanismus I46, wie er z. B. bei verschiedenen Arten Ivon Zählern, Zähl- oder Rechenmaschinen benutzt wird, und Betätigungsmittel zum .Antrieb des Zählmechanismus synchron mit dem Antriebsmotor 153. Bei der abgebildeten Art bestehen die Betätigungsmittel des Zählers aus einem Synchronmotor 147, der von der Leitung IOI gespeist wird, d. h. von der gleichen Wechselstromquelle wie der Motor 153. Dies gewährleistet, daß der gewünschte Synchronlauf erreicht wird unabhängig von den Frequenzänderungen in der Leitung IOI. Der Betrieb der Zähleinrichtung I45 beginnt und endet innerhalb eines jeden Spannungsänderungszyklus gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Arbeitsgang des Schreibers. Als Ergebnis ist der Integralwert, der durch d1ie Einrichtung I45 bei jedem Arbeitszyklus gezählt wurde, auch ein Maß der Stromgröße, die auf den Transformator 1 1 1 wirkt. Allerdings häuft die Zähleinrichtung die Meßergebnisse, die in den nacheinanderfolgenden periodischen Arbeitsgängen erzielt wurden, an.
Wenn man eine konstante Frequenz des Leitungsstroms a:nnimmt, mißt die durch die Zähleinrichtung 145 erfolgte Integration Amperestunden. Wenn die Leitungsspannung konstant ist, gibt das Meßergebnis Kilowattstunden all. Der Zähler kann geeicht werden, um direkt d'ie gewünschte Art anzuzeigen.
Das Anzeigegerät I49 i.st ein einfacher Uhrwerksmechanismus, der durch einen Synchronmotor betrieben wird. Am Ende eines jeden Arbeitszyklus zeigt der Zeiger auf dem Anzeigegerät die jeweils gemessene Stromgröße an. Nach Beendigung des Arbeitszyklus kehrt der Zeiger auf Null zurück, oder er bleibt in seiner Lage, die dann berichtigt wird, wenn der in jedem nächsten Zyklus gezählte Wert von dem vorher angezeigten abweicht. Solche Anzeigemecanismen sind bekannt z. B. in chronometrischen Tachometern und sind keine Teile der eigentlichen Erfindung. Wenn in Betrieb, erfolgt die durch das Anzeigegerät bewirkte Anzeige gemäß tlpr Stromstärke, die im Transformator II 1 im Moment des Ausgleichs vorherrscht. Daher kann die Anzeigeskala in Amperewerten geeicht werden.
Der Arbeitszyklus, d. h. die komplette potentiometrische Veränderung, die durch den Antriebsmotor 153 bewirkt wird, kann irgendeine beliebige Dauer haben, z. B. kann, wenn man mit einem Strom von 60 Hz pro Sekunde arbeitet, ein Arbeitszyklus von ungefähr 10 Sekunden Dauer vorteilhaftlsein.
Die Anordnung des potentiometri.schen Widerstands I32, der der Bequemlichkeit halber so gezeigt wird, daß er eine wechselartige Bewegung seines Kontakts erforderlich macht, kann eine runde Form haben (ähnlich dem in Abb. 6 gezeigten Potentiometer), so daß die potentiometrische Kompensationsspannung bei jedem Zyklus von einem M.inimum oder Null zur Maximalspannung anwächst.
Das gleiche System oder eines der integrierenden Meßlinstrumente arbeitet als ein elektrischer Zähler m.it Maximumanzeiger, wenn das Instrument so konstruiert ist, daß es den Integrationsvorgang über mehrere, aber eine bestimmt begrenzte Anzahl von Zyklen ausdehnt. Zum Beispiel ist, wenn man ein Anzeigegerät I49 benutzt, das seinen Zeiger beständig in aufeinanderfolgenden Zyklen bis zu einer Gesamtzahl von sagen wir go Perioden, jede mit 20 Sekunden Gesamtdauer (Gesamtintegrationszeit 30 Minuten), vorwärts bewegt, der Integrationswert, den man am Ende des Zeitraums bekommt, eine Messung des gewünschten Maximums. Jede solche Gruppierung von kurzen Perioden in lange Perioden VOll bestimmter Dauer, z. B. I5, 30 oder 60 Minuten, führt zu einem ähnlichen Ergebnis. Es ist klar, daß die so erhaltene Anzeige automatisch aufgezeichnet oder daß ein Schreiber ähnlich dem 141 konstruiert werden kann, so daß er seine parallelen Linien in Gruppen einer bestimmten Anzahl einteilt, um das eben erwähnte Ergebnis zu erzielen.
Ein System des obenerwähnten Typs ist besonders vorteilhaft in Fällen, wo die Steuerenergie, die gemessen werden soll, eine sehr kleine Größe ist.
Man sieht, daß trotz der Einfachheit der Meßmittel die Anzeige- und Aufzeichnungsinstrumente genau durch Antrieb mit relativ großer Energie betrieben werden. Zum Beispiel kann das Anzeigegerät 149 große Ausmaße haben, so daß es als Wandinstrument in Elektrizitätswerken oder ähnlichen Anlagen gebraucht wrd, und macht keine drehenden Neonröhren oder ähnliche Apparaturen erforderlich.
D.as System zur Messung von Durchflußmengen von Flüssigkeiten, wie in Fig. 2 gezeigt, i,st im Prinzip im hohen Maße ähnlich mit vorhergehend beschriebenen. Gemäß Fig. 2 wird eine manometrische Einrichtung 218 benutzt, um eine Steuergröße in Abhängigkeit vom Dampfstrom zu schaffen, z. 13. der durch eine Rohrleitung 2I6 geht, die eine Schlitzplatte 2I7 enthält, die verschiedene Drücke auf beiden Seiten der Platte erzeugt. Die Verbindungen 2I9 und 220 bewirken, daß die verschiedenen Drücke entgeggengesetzt auf eine Membran 211 wirken. Die Ablenkung der Membran hängt von der Druckdifferenz ab untl stellt ein Anlaß der Durchflußgeschwindigkeit durch die Rohrleitung 216 dar.
Die Membran 21 1 wird mit einem beweglichen Relaiskontakt 225 durch einen Stab 22I verbunden.
Der Kontakt ist mit einem Weicheisenanker ver- bunden, auf den ein Solenoid 228 wirkt. Daher spricht das Relais auf den unterschiedlichen Effekt, der durch die beiden zusammenhängenden Wirkungen der Membran 211 und des Solenoids 228 erzielt wurde, an und versucht, solange der Effekt der Membran den des Solenoids übersteigt, daß der Kontakt 225 einen Steuerstromkreis 281, der aus der Leitung 201 gespeist wird und mit einem Synchroiitricli 247 einer integrierenden Zähleinrich tung 45 verbunden ist, schließt.
Das Solenoid 228 wird von einem Potentiometer unter Strom gcsetzt, dessen Widerstand 231 mit einer Leitung 201 über einen Spannungsgleichhalter 233 verbunden ist. Der bewegliche kontakt 232 wird periodisch, wie durch den Pfeil 232 angedeutet, angetrieben, so daß die Ausgangsspannung im Verhältnis zur Zeit einen bestimmten Zyklus von Veränderungen hindurch geändert wird. Dies kann durch einen Synchronmotor (nicht abgebildet) geschehen, der auch an die leitung 201 angeschlossen ist.
Wenn das System in Betrieb ist, vergrößert sich das Drehmoment, das durch das Solenoid 228 auf das Relaisglied 225 ausgeübt wird, periodisch von einem Äfiniinuin zu einem Maximum und passiert einen Wert, bei dem das auf das Relais durch den manometrischen Trieb auferlegte Drehmoment ausgeglichen wird. Wenn sich der Dampfstrom in der Rollrleitung 216 ändert, wird die Phasenlage des Ausgleichspunkktes relativ zu der Schwingung der Spannungsänderung entsprechend gewechselt. Daher stellt dieser Phasenpunkt die zu messende Durchflußgröße dar. Der Zähler 245 wird durch einen Teil eines jeden Zyklus, wie er durch die Zeit bestimmt wird, die der l>ewegliche Potentiometerkontakt benötigt, um von Anfang der Schwingung bis zur eben erwähnten Phasenlage zu laufen (oder von dieser Position bis zum Ende der Schwingung), angetrieben. Daher hängt der Arbeitszeitraum des Zählers innerhalb e.ines jeden Zyklus von der zu l>estimmenden Durchflußgröße ab, und so ist Ider integrierte Wert ein Maß dieser Durchflußgröße.
Der unterschiedliche Druck, der durch den Druckmesser 218 gemessen wurde, ist dem Quadrat der Durchflußgeschwindigkeit in der Rohrleitung 216 proportional. Als eine Regel wird es gewünscht, einen Messer zu benutzen, der direkt in Durchflußgeschwindigkeitsgrößen geeicht ist und eine lineare Skala oder einen Addiermechanismus für diesen Zweck benutzt. Dies wird im System der Fig. 2 erreicht, indem cin nichtlineares Gesetz der Übertragutig zwischen tbcm steuernden Druckmesser und dem Zählinstrument geschaffen wird. Zu diesem Zweck sind folgende Mittel nötig.
Die Verbindung 221 zwischen der Membran 211 und dcm Relaisglied 225 ist so konstruiert, daß die Wirkung (Drehmoment), die auf einem Glied 225 erzeugt wird, linear ist. Zum Beispiel ist, wenn eine mechanische Verbindung, wie abgebildet, zur Anwendung kommt, das auf das Glied 225 durch den Druckmesser wirkende Drehmoment direkt proportioiial zu dem Druck. Andererseits ist die Wirkung des Solenoids 228 auf das Relaisglied 225 nicht linear, d. h. wenn man einen ungesättigten Eisenkern benutzt, um Energie vom Solenoid auf das Relaisglied 225 zu übertragen, ist das erzeugte Drehmoment proportional zu dem Quadrat des Stroms, der das Solenoid erregt. Die Änderung der Potentiometerspannung schreitet 1i,n linearer Proportion zur Zeit fort, wie es auch beim Zählvorgang des Zählers 245 der Fall ist. Im Moment des Ausgleichs ist d.ie lineare Wirkung (Drehmoment), wie sie durch den quadratisch fortschreiten'den Druckmesser 228 hervorgerufen wird, gleich der quadratischen Wirkung der linear erregten Spule 228. Als Ergebnis schließt der Vorgang des Systems das Ziehen einer Quadratwurzel mit ein, d. h. die wiederkehrenden Arbeitsperioden des Zählers und demgemäß die gezählten Integralwerte sind der Quadratwurzel des durch den Messer 218 gemessenen Drucks proportional. Als Ergebnis sind die gezählten Werte direkt proportional zu der Durchflußgeschwindigkeit, die bestimmt werden soll, und der Zähler kann direkt auf die Durchflußgeschwindigkeitswerte hin geeicht werden. Diese Schaffung eines nichtlinearen Übertragungsgesetzes bei Meßsystemen vom allgemeinen Typ, wie er hier vorkommt, ist ausführlicher beschrieben in obe,nerwähntem eingereichtem Patent 440 373.
Der eben erwähnte Weg, eine nichtlineare Übertragung zu schaffen, um Quadratwurzeln zu ziehen, ist auch bei dem System der Fig. 3 vorhanden, das eine andere Art zur Messung von Durchflußgeschwindigkeiten bei Flüssigkeiten zeigt, Die Flüssigkeit läuft durch eine Rohrleitung 3I6, die mit einem Druckmesser 3I8 versehen ist, der in der gleichen Weise konstruiert .ist und arbeitet wie der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene. Der Druckmesser 318 ist mit dem beweglichen Glied eines Differentialrelais 325 verbunden, das auch von einem entgegengesetzten Drehmoment, wie es durch ein Solenoid 328, erregt durch eine Potentiometerspannungsquelle 331, die durch einen Spannungsgleichhalter 333 mit der Leitung 30I verbunden list, erzeugt wird, abhängt. Das bewegliche Glied 332 des Potentiometers ist durch eine Übertragung 354 mit einem umkehrbaren Antriebsmotor 353 verbunden. Dieser Motor wird von der Leitung 30I gespeist, und seine Feldwindungen sind verbunden mit dem beweglichen Relaisglied 325 und mit den Relaiskontaktten 326 und 327, die mit dem Glied 325 zusammenarbeiten. Wenn das Relaisglied 325 in der Mittel-, also neutralen Lage ßi.st, bleibt der Motor 355 stehen. Wenn das Relaisglied 325 den Kontakt 326 berührt, läuft der Motor in einer Richtung, und wenn das Glied 325 den Kontakt 327 berührt, läuft der Motor 353 in entgegengesetzter Richtung. Ähnlich ist der Potentiometerkontakt 332 stationär oder bewegt sich in einer oder der anderen Richtung, was von der Stellung des Relaisglieds 325 abhängt.
Eine integrierende Zähleinrichtung 345 mit einem wattmetrischen Antriebsmotor ist mit seiner Spannungsspule 327 mit einer konstanten Spannungsquelle verbunden. In diesem Beispiel wird der Potentiometerwiderstand 331 als eine solche Quelle benutzt, und seine Klemmen sind mit denen der Spannungsspule 347 verbunden. Die Spannungsspule 348 des wattmetrischen Antriebs ist in Serie mit dem Relais Solenoid 3,28 geschaltet und in den Ausgangsstromkreis 382 des Potentiometers eingesetzt.
341 ist der Tran,sportzylinder eines Tintenschreiners zur Anzeige der gemessenen Durchflußgeschwindigkeitswerte auf einem Registrierstreifen 344. Der Tintenstift 342 bewegt sich synchron mit dem Potentiometerkontakt 332. Zu diesem Zweck sind der Kontakt 332 und der Stift 342 mechanisch miteinander verbunden. Während der Registrierstreifen 344 sich über den Zylinder 341 bewegt, zeichnet der Stift eine Kurve auf entsprechend den Bewegungen des Kontakts 332 und daher entsprechend der Bewegung des Relaisglieds 325.
Im Gegensatz zu den Meßsystemen der vorhergehenden Arten tritt die Steuerung des Zählers 345 durch das Steuerrelais indirekt i,n Abhängigkeit von der Bewegung der relai sgesteuerten Einstellung des Potentiometers ein. Wenn der Kontakt 3312 sich in Nullstellung befindet, J'st der Strom in Spule 348 gleich Null, und der Zählmechanismus ruht. Wenn der Kontakt 332 sich gegen die Maximalspannungsstellung bewegt, steigt der Strom in Spule 348 entsprechend an, so daß der Zähler mit einer Geschwindigkeit der entsprechenden Größe in Bewegung gesetzt wird.
Die Bewegung des Durchflußmeßsystems ist wie folgt: Nehmen wir an, daß keine Flüssigkeit strömt, daß der Kontakt 332 in seiner Nullstellunig an der linken Klemme des Widerstands 331 ist. Nun ist der Zähler 345 nicht in Bewegung, da sich kein Strom in Spule 348 befindet. Wenn ein Flüssigkeitsdurchfluß in der Rohrleitung 3I6 erfolgt, wird das Relaisglied 325 aufwärts bewegt und berührt den Kontakt 326. Dieser verursacht, daß der Motor 353 den Kontakt 332 nach der rechten klemme des Widerstands 331 bewegt. Als Ergebnis wird das Solenoid 328 in steigendem Maße erregt und oder Zähler 345 durch den stärker werdenden Strom, der dieSpule 348 durchquert, in Bewegung versetzt. Wenn der Ausgleich des Relais erreicht ist, nimmt das Relaisgllied 325 die neutrale Lage ein und bringt den Motor zum Stehen. Nun ist der Kontakt 332 in einer Stellung, die die Geschwindigkeit des durch flusses angibt. Diese Geschwindigkeit wird auf dem Papierstreifen 344 registriiert. Solange wie die Durchflußgeschwindigkeit sich nicht ändert, bleibt der Kontakt 332 in der gleichen Lage Allerdings wird Idie Zählerspule 328 weiter erregt und integriert den gemessenen Durchfiußwert die Zeit ihrer Nacherregung hindurch mit einer Betriebsgeschwindigkeit, die dem Wert proportional eist.
Wenn die Durchflußgeschwindigkeit nun abnimmt, hebt das Drehmoment der Spule 328 das des Druckme.ssers auf, das Relaisglied 3,25 wendet sich abwärts und verursacht durch Berührung mit dem Kontakt 327, daß 1der Motor 353 den Kontakt 332 in Rückwärtsrichtung bewegt, bi,s der letztere 1die neue Ausgleiclislage einnimmt. Dieser Stellungswechsel wird auf dem Papierstreifen 344 registriert. Zur gleichen Zeit wird der Strom der Spule 348 reduziert, so daß der Zählvorgang bei einer niederen Geschwindigkeit vor sich geht.
Daraus versieht man, daß in einem durch die Fig. 3 dargestellten System der Vorgang der integrierenden Instrumente nicht periodisch ist, sondern sich den ganzen zu messenden Durchflußzeitraum hindurch ausdehnt, und weiterhin. daß das dessen nicht ,durch die Änderung der Dauer der sviederkehrenden Zählintervalle geschieht, sondern durch eine gestauerte Änderung der Zählgeschwindigkeit.
Der sich ergebende Integrationswert gibt allerdings wieder die zu bestimmende Durchflußmenge an.
Der Meßvorgang schließt das Ziehen der Quadratwurzel, wie in dem vorhergehenden Beispiel angegeben, ein, so daß dem Schreier und Zähler eine lineare Eichung in Durchflußmengenwerten, z. G.
Tonnen von Dampf, gegeben werden kann.
Dias in Fig. 4 gezeigte Meßsystem dient zur Bestimmung der Wärmemenge die zwischen zwei Meßpunkten eines Leitungssystems, das einen flüssigen Wärmeträger enthält. z. B. Wasser, verbraucht wird. Das Zuleitungsrohr ist durch 402 und das Ableitungsrohr durch 403 bezeichnet. Das erwärmte Wasser geht durch die Leitung 402 in Pfeilrichtung und verläßt die Rohrleitung 403 in entgegengesetzter Richtung, wie ebenfalls durch einen Pfeil angegeben, nachdem es einen Teil seiner Wärmemenge an die wärmeverbrauchende Vorrichtung (nicht ersichtlich) abgegeben hat, die sich zwischen den beiden Leitungen befindet. Wenn lin Betrieb, sind die Temperaturen in den beiden Leitungen unterschiedlich, wobei der Temperaturverlust von dem zu messenden Wärmeverbrauch abhängt. ,Der Zweck des Systems ist, diese Temperaturdiffernz zu bestimmen und den gemessenen Wert während der Dauer der Wörmeversorgung zu messen, um so die Wärmemenge zu messen.
Zu diesem Zweck sind jede der beiden Leitungen 402 und 403 mit einem elektrischen temperaturansprechenden Steuerteil 419 bzw. 420 versehen.
Diese Teile können aus Thermoelementen bestehen, d. h. aus temperaturansprechenden Spannungsquellen oder au.s temperaturansprechenden Impedanzen.
In der Figur sind die Teile durch wärmeansprechende Widerstände dargestellt.
Die beiden Widerstände 419 und 420 sind in einem ausgleichbaren Meßstromkreis 483 verbunden, der von einer konstanten Spannungsquelle 484 gespeist wird und einen Potentiometerwiderstand 431 enthält. Der Nulleiter des Meßkreises ist mit dem beweglichen Kontakt 432 des Potentioineters verbunden und enthält die Betätigungsspule 428 eines polarisierten Steuerrelais, dessen bewegliches Relaisglied den Stromkreis 481 einer integrierenden Zählvorrichtung 445 steuert. Der tntriel>smotor 447 der Zählvorrichtung wird von der Wechselstromleitung 401 gespeist, und wenn mit Strom angetrieben, läuft der Zähler im Verhältnis zur Zeit.
Ein anderer Synchronmotor 453. ebenfalls von der Leitung 40I gespeist wird mit dem beweglichen Potentiometerkontakt 432 durch eine Übertraggung 454 so verbunden, daß er den Kontakt durch eine periodische Bewegung mit Wechselwirkung vorsieht oder irgendwie anders in Bewegung bringt. Dadurch wird verursacht, daß die Spannung in dem Nulleiter der Meßleitung periodisch durch die Nulleinstellung geht. Daher wird die Relaisspule 428 in folgendem Zyklus periodisch erregt. Wenn der Potentiometerkontakt 432 in der Nähe einer der Klemmen auf seinem Wege ist, läßt der Nulleiter einen Strom durch die Spule 428 in einer Richtung gehen, die nicht geeignet ist, das Relaisglied 425 anzuziehen. Daher ist der Steuerstromkreis 481 nunmehr geöffnet, und der Zähler 445 ruht. Während der Potentiometerkontakt gegen das andere Ende seines Wegs läuft, erreicht er seine Phase, wo die einzelnen Steuereffekte der beiden Widerstände 418 und 420 so ausgeglichen werden, daß der Strom in dem Nulleiter gleich Null ist. Wenn sich der Kontakt außerhalb dieses Punktes befindet, erscheint in dem Nulleiter ein Strom in entgegengesetzter Riclituiig. I)ies bewirkt, daß die Spule 428 das Relaisglied 425 in Bewegung versetzt. Der kontrollstromkkreis 481 wird geschlossen und der Zähler-445 in Bewegung versetzt. Der Zählvorgang geht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit weiter, bis der Potentiometerkontakt das Ende dieses Wegs erreicht. Dann wird ein neuer Zyklus begonnen, und der Vorgang widerholt sich, oder je nach der gewählten Ausführung kehrt der Potentiometerkontakt in die Originalstellung zurück und hält den Zähler in Arbaitsstellung, bis der Ausgleichspunkt durch die Rückwärtsbewegung passiert wird. In beiden Fällen hängt die Dauer eines jeden Arbeitsgangs des Zählers von der Phasenstellung des Potentiomenerkontakts relativ zu seinem Bewegungszyklus ab. Da die Phase ihrerseits abhängig ist von dem sich ergebenden unterschiedlichen Steuereffekt, der durch die beiden Steuerwiderstände 419 und 420 erzeugt wird, ist der Integrationswert, der während einer jeden Periode gezählt wird, ein Maß der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Bezugspunkten, d. h. den Orten der Steuerwiderstünde.
Zwischen den Synchronmotor 453 und die Leitung 401 ist ein Schalter 463 gesetzt, der durch einen Nocken 462 in Bewegung versetzt wird.
Dieser Nocken ist mit einem Meßmechanismus 461 verbunden, der mit der Leitung 403 vereinigt und von einer Art ist. wie sie gewöhnlich bei Messungen von Wasserdurchflußmengen benutzt wird. Infolge der durch diesen Kontakt erfolgten Steuerung wird der Antrielisinotor 453 nur dann erregt, wenn ein Wasserdurchfluß eintritt. Daher bleibt das MeB-system einschließlich des Zählers 445 in Ruhe, wenn das Heizungssystem nicht in Betrieb gesetzt wird.
Beim FlieP'ien von Wasser wird allerdings der Schalter 463 durch den Nocken 462 periodisch geschlossen und geöffnet, wobei die Häufigkeit dieser Kontaktvorgänge von der Durchflußgeschwindigkeit abhängt, d. h. der Antriebsmotor 453 wird jedesmal in Bewegung versetzt, wenn eine bestimmte Wassermenge durch die Leitung geflossen ist. Die Kontaktvorrichtung ist so konstruiert, daß bei der höchsten zu erwartenden Durchflußgeschwindigkeit des Wassers und demgemäß bei der maximalen Häufigkeit der Arbeit des Schalters 463 die einzelnen Kontaktschließperioden wenigstens gleich oder noch besser länger sind als die Dauer eines kompletten Zyklus der potentiometrischen Veränderung, die durch den Kontakt 432 erfolgt. Zum Beispiel sollten, wenn der Zyklus des Potentiometers mit 10 Sekunden gewählt wird, die Kontaktzeiträume des Schalters 463 bei der Höchstdurchflußgeschwindigkeit mehr als 10 Sekunden sein und in Intervallen von sagen wir 15 Sekunden wiederkehren. Dann wird der Motor 453 in Abständen von 15 Sekunden erst dann in Betrieb gesetzt, wenn die maximale Menge des Wassers durch die Leitungen fließt, und zwar jedesmal für einen Arbeitsgang von 10 Sekunden Dauer. Unter den gleichen Bedingungen, wenn nur 5 % der maximalen Durchflußmenge vorherrschen, entsteht ein Zwischenraum von 20 X 15 = 300 Sekunden zwischen den aufeinanderfolgenden Inbetriebsetzungen des Motors, wobei jeder einzelne Arbeitsgang und jede Zählperiode wieder 10 Sekunden dauern. Nach einer Prüfung auf die Vollständigkeit hin hängt der Arbeitsgang, der durch die Zähleinrichtung erfolgt, von zwei Steuerfaktoren ab: Temperaturdifferenz und Durchflußgeschwindigkeit. Daher ist der gezählte Wert das Ergebnis der Multiplikation dieser beiden Faktoren und porportional zu der Wärmemenge, die zwischen den Bezugspunkten verbraucht worden ist.
Ein wesentliches Merkmal des Systems ist die Tatsache, daß die integrierende synchrone Zähleinrichtung während der einzelnen Perioden, welche proloortional zu einer veränderlichen Steuergröße sind, in Betrieb gesetzt wird und daß diese Zählvorgänge in verschiedenen Abständen eintreten, abhängig, hinsichtlich der veränderbaren Häufigkeit ihres Eintretens, von einer anderen veränderbaren Steuergröße, insbesondere einem Durchflußgeschwindigkeitswert. Aus der Verschiedenheit der bereits beschriebenen Beispiele und aus der nachstehend beschriebenen Art kann ersehen werden, daß dieses Prinzip der Integration in Abhängigkeit von zwei veränderbaren Größen nicht auf die Messung von Wärmemengen begrenzt ist, sondern auch für andere Meßzwecke ohne wesentliche Anderungen der Meß- 1und Steuerstromkreise der Schaltung geeignet ist. Einige andere Systeme, die das obige Prinzip verkörpern und auch einige Änderungen und Varianten in anderen Beziehungen zeigen, werden in Verbindung mit Fig. 5 bis 9 gezeigt.
Die in Fig. 6 bis 9 dargestellten Meßsysteme dienen zur Bestimmung von Größen der mechanischen Energieübertragung. Die gewählten Beispiele betreffen die Übertragung von Energie vermittels einer sich drehenden Welle, z. B. einer Schraubenwelle eines Schiffs oder eines Flugzeugs. Eine der Steuergrößen, die in dem Meßsystem wirksam sind, wird vermittels eines Messers bestimmt, der das Drehmoment der Welle mißt. Dies kann erfolgen durch Benutzung eines hydraulichen Druckmessers oder durch Bestimmung der Winkelablenkung zwischen zwei entfernten Punkten entlang der Welle Jede der verfügbaren Meßeinrichtungen für die Messung des Drehmoments ist in Verbindung mit der Erfindung anwendbar. Eines dieser zur Verfügung stehenden Mittel wird jeweils in einem der in Fig. 6 bis 9 gezeigten Systeme benutzt und daher in Fig. 5 getrennt und ausführlich abgebildet.
Die in Fig. 5 gezeigte Rinrichtung enthält ein sich drehendes Teil 504 zur Energieübertragung, das entweder aus der Motor- oder Übertragungswelle Iselbst oder aus einem elastischen Glied, das in die Übertragung hineingesetzt ist, besteht. Die Punkt- und Strichlinien 1 und 2 zeigen zwei voneinander entfernte Querschnitte an, deren relative Winkelablenkung gemessen werden soll. Ein auf der Welle beim Querschnitt II fest angebrachter Ring 505 trägt an seinem freien Ende in der Nähe des Querschnitts I einen festen Halter 507 mit einem Magnetanker 507. Zwei Magnetkerne 508 und 509 sind auf der Welle 504 fest montiert, so daß sie zwischen sich und dem Anker 507 zwei Luftzwischenräume bilden. .Nuf dem Kern 508 bzw. 509 befinden sich die Induktionsspulen 519 und 520.
Wenn die Welle in Ruhe ist oder ganz langsam läuft, besteht zwischen den Querschnitten I und II keine Ablenkung, und das Induktionsverhältnis der Spulen 519 und 520 hat einen bestimmten Wert, z. B. 1 : I. Bei der Übertragung von Energie tritt eine Ablenkung ein mit dem Ergebnis, daß sich der Anker 507 in Richtung auf einen der Kerne bewegt. Einer der Luftspalte vergrößert sich und der andere verkleinert sich. Die Induktivität einer Spule nimmt zu und die der anderen nimmt entsprechend ab. Der Wechsel des Induktionsverhältnisses kann gemessen werden z. B. durch eine elektrische Brücke, und stellt eine Messung der Winkelablenkung dar. Da Elastizität und Abmessungen der Welle bekannt und konstant sind, ist die so bestimmte Ablenkung ,dem Drehmoment proportional.
Während zahlreiche andere Methoden der Messung der Ablenkung und Drelhmomentgrößen bekannt sind, genügen die obigen Beispiele zur Verständlichmachung nachstehender Beschreibung des Systems in Fig. 6 bis 9.
Das in Fig. 6 gezeigte System zeigt Meßgrößen für die Leitsung, z. B. in PS-Stunden, an. 604 ist die Energieübertragungswelle und 619 und 620 die beiden Spulen zur Messung des Drehmoments gemäß den Spulen 5I9 und 520, wie sie in Fig. 5 erklärt worden sind. Die Spulen 6I9 und 620 werden in entgegengesetzten Zweigen einer Brückenschaltung 683 gemessen, deren ausgleichendes Teil aus dem Potentiometerwiderstand 63I besteht. Der zugehörige Gleitkontakt 632 ist in dem Nulleiter der Brücke in Serie mit der Betätigungsspule 628 eines Relais geschaltet. Die Brücke wird mit einer Stromquelle 5 IO, die eine Gleichstrombatterie ist, unter Strom gesetzt, obgleich auch jede andere Stromquelle benutzt werden kann. Das bewickelte Relaisglied 625, gesteuert durch die Spule 628, liegt in einem Steuerkreis 68I, der einen Zähler 645 enthält und mit einer Stromquelle 60I verbunden ist.
Der Zähler 645 läuft im Verhältnis zur Zeit. Daher kann, wenn die Quelle 601 eine Wechselstromleitung mit genügend stabiler Frequenz ist, der Zähler 645 durch einen Synchronmotor betrieben werden.
Andererseits kann ein entsprechendes mechanisches oder elektrisches Uhrwerk benutzt werden, wobei der Stromkreis 68I in dem letzteren Fall dazu dient, das Uhrwerk auszulösen und anzuhalten oder seine Kupplung mit dem eigentlichen Zählmechanismus zu steuern. Daher erweist sich das System als für jede beliebige Stromversorgung, ,die auf einem Schiff, Fahrzeug oder Flugzeug zur Verfügung steht, geeignet.
Der bewegliche Kontakt 632 der Potentiometerausgleichsvorrichtung wird durch einen Synchron-oder anderen Motor mit gleichmäßiger Geschwindilgkeit 653 in Bewegung versetzt, wobei die antreibende Verbindung mit 654 bezeichnet ist, so ,daß die Potentiometerausgangsspannung in ,dem Nullleiter sich in linearem Verhältnis zur Zeit ändert.
Der Motor 653 wird durch einen in Serie geschalteten Schalter 663 gesteuert, der wiederum durch einen Nocken 662 betätigt wird, der seinerseits durch ein Getriebe 664, 665, durch die umlaufende Welle 604 in Bewegung versetzt, läuft.
Das Übertragungsverhältnis des Getriebes ist so, daß ein Kontakt nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen hergestellt wird und es jedesmal eine bestimmte Zeit dauert, die genügend lang ist, um dem Motor 654 zu ermöglichen, daß er einen kompletten Arbeitszyklus vollbringt. Zum Beispiel kann eine Zahl von loo Umdrehungen gewählt werden, um ein Schließen des Schalters zu bewirken.
Bei der normalen Geschwindiakeit von 400 Umdrehungen pro Minute würden die Schlüsse dann in Abständen von 15 Sekunden erfolgen. Bei nur IOO/o der normalen Geschwindigkeit würden die Intervalle zwischen den Schließ- und Startbewegungen I50 Sekunden sein. Die Arbeitsbedingungen sind ähnlich denen des oben erklärten Systems der Fig. 4, d. h. der Zähler 445 m'ißt ein Produkt von zwei Faktoren, die durch den Meßstromkreis geliefert wurden bzw. durch den geschwindigkeitsgesteuerten Schalter. Die folgende Betrachtung zeigt, daß dieses Produkt proportional der Größe der durch die übertragende Energie geleisteten Arbeit ist.
Arbeit (W) wird definiert als W = P . t (P = Energie in PS, t = Zeit), P = T . n/min (T = Drehmoment, n/min = Anzahl der Umdrehungen pro Minute). Da das Drehmoment proportional der Winkelablenkung ist: P (PS) = c . . n/min . (c - Konstante) und W = c . . n, ist die geleistete arbeit dem Ablenkprodukt (.) und der Gesamtzahl der Umdrehungen proportional. Da fernerhin der Arbeitszeitraum und damit der durch den Zähler innerhalb eines jeden Arbeitsgangs gezählte Integralwert porportional zu # ist, wird die geleistete Arbeit W ebenfalls durch die Arbeitsperiode des Zählers multipliziert mit der Gesamtzahl der Umdrehungen definiert. Dieses Produkt wird tatsächlich durch den Zähler gemessen, so daß der letztere direkt in Arbeitswerten, z. B. PS-Stunden, geeicht werden kann.
Fig. 7 zeigt ein System für die Messung von Energiewerten (Arbeitsgeschwiindiglioeit) z. B. in PS oder mkg/sec (Meterkilogramm pro Sekunde).
704 ist eine sich drehende Welle oder ein entsprechendes Teil, und 7I9 und 720 sind die beiden Steuerteile, vergLeichbar mit den Teilen 504, 519 bzw. 520 in Fig. 5. Die Spulen 7I9 und 720 sind in einer Brückenschaltung 783 verbunden, deren Nulleiter eine Relaisspule 728 speist und mit dem Gleitkontakt 732 eines Potentiometerwiderstands 73I verbunden ist. Der Kontakt wird durch einen Motor 753 mit Hilfe einer entsprechenden Übertragung, wie durch 754 gezeigt, in Bewegung versetzt. Die Relaisspule steuert einen Relaiskontakt 725, der einen Steuerstromkrei,s 78I, der durch eine Stromquelle 710 gespeist wird und dazu dient, einen integrierenden Zähler zu steuern, öffnet und schließt.
70I bezeichnet eine Stromquelle zum Antrieb des Motors 753 bei einheitlicher Geschwindigkeit, Id. h. im Verhältnis zur Zeit.
Soweit beschrieben ist das System in Fig. 7 ähnlich den vorhergehenden Bei,spielen, und es braucht daher hinsichtLich Konstruktion und Arbeitsweise nicht weiter beschrieben zu werden.
Allerdings weichen die folgenden Charakter,istiken von den vorhergehenden Arten ab. Der Motor 753 wird durch eine Zeitldehnungseinrichtung oder ein Zeitrelais 755 so gesteuert, daß er mit Unterbrechungen in gleichen Abständen arbeitet. Zum Bei spiel wenn der Motor in Abständen von 15 Sekunden gestartet wird, so daß er jedesmal eine ,Zeitlang läuft, die genügt, um eine Periode der Potentiometerspannungsänderungen zu vollenden. Der Zähler wir,d durch eine Spannung mit Strom ver sorgt, die durch einen Generator 760, der mit der Welle 704 gekoppelt ist, erzeugt wird, so daß seine Frequenz und daher die synchrone Geschwindigkeit des Zählers der Umdrehungsgeschwindigkeit, d. h. der Anzahl n von Umdrehungen pro Zeiteinheit, proportional ,ist. Der Zähler 749 wird durch die Spule 740 gesteuert, die eine Kopplung herbeiführt zum ordnungsgemäßen Anschließen an und Trennen des Zählmechanismus von seinem Motorantrieb.
Infolge der besonderen, eben beschriebenen Mittel arbeitet das System in dieser Weise: Sobad der Zeitschalter 755 den Motor mit dem Strom versorgt und verursacht, daß er seine Periode der Spannungsänderungen beginnt, wird das Relais 725 entsprechend unter Strom gesetzt, und durch Schließen der Kontakts 725 beginnt der Zähler 749 zu laufen im Verhältnis der Geschwindigkeit der Welle 704.
Entlang seinen Weg geht der Potentiometerkontakt 732 durch den Ausgleichspunkt und verursacht so, daß tlas Relais Steuerstromkreis 78I öffnet, wodurch der Zählermechanismus gestoppt wird, obgleich der Antrieb des letzteren weiterläuft. Der Zählermechanismus bleibt für die übrige Dauer der Periode in Ruhe. Nach 15 Sekunden vom Betriebsbeginn an wiederholt sich der Vorgang von selbst.
Die Art des Zählmechanismus ist so, daß er verursacht, daß der Anzeiger seine Nullage nach jedem Arbeitsgang wieder einnimmt oder die vorhergehende Lage gemäß dem Ergebni.s der darauffolgenden Zählung berichtigt.
Der durch den Zähler bei jeder Periode gemessene Wert hängt von zwei Steuerfaktoren, von dein Drehmoment, das durch die Brücke 783 gemessen wird, und von der Geschwindigkeit der Welle, ab.
Das so gemessene Produkt ist dem zu bestimmenden PS-Wert porportional, wie aus nachstehender Formel hervorgeht:

PS-Drehmoment. mflin (» m;n)

min \ min J

Wenn wir uns nunmehr wieder Fig. 4 zukehren, wird man beim Vergleich mit Fig. 7 sehen, daß ein Wärmemeß system, das Ergebnisse liefert, die ähnlich denen mit dem System der Fig. 4 sind, nicht unbedingt die Benutzung einer synchronuhrartigen Zähleinrichtung erforderlich macht, wie sie in Verbindung mit dem oben beschriebenen Wärmemengenmesser erwäihnt list. Zum Beispiel kann der Zählmechanismus in einem System, das dem von F;ig. 4 auf andere Weise ähnlich ist, direkt durch einen Wassermesser betrieben werden, z. B. Messer 46I, so daß die Zählgeschwindigkeit der Durchflußmenge des wärmetragenden Mittels (Wasser) proportional ist. Wenn dann die Kopplung zwischen dem antreilben,den Wassermesser und dem Zählmechanismus dadurch das Relais infolge der Temperaturdifferenz, die durch die Brückenschaltung 483 gemessen wurde, gesteuert wird gibt der gewählte Wert ebenfalls die zu bestimmende Wärmemenge aus Gränden an, die denen in Verbindung mit der ähnlichen Anordnung in Fig. 7 erklärten entsprechen.
Um weiterhin die Vielseitigkeit von Systemen gemäß dieser Erfindung deutlich zu machen, wird auf Fig. 8 hingeweisen, wo ein PS-Meßgerät, das gemäß dem der Fig. 7 arbeitet, gezeigt ist, das jedoch besonders für eine umfangreiche mechanische arbeitsweise der benutzten Antriebsmittel konstruiert wurde.
Die Welle 804 in Fig. 8 ist direkt durch eine mechanische Übertragung 86I, z. B. eine biegsame Welle, mit dem Zähler 849 gekoppelt. Dies entspricht hinsichtlich .der Funktion den elektrischen Mitteln 760 der Fig. 7. Der Motor 853 und sein Zeitschalter 855 können mechanisch sein, z. B. durch ein handaufgezogenes Uhrwerk betrieben. Die Brückenschaltung 883, die die Steuerteile 8I9 und 820 und den Potentiometerwiderstand 831 enthält, wird von einer Batterie 810 mit Strom versehen, die mit der Stromquelle des Steuerkreises 88I, der das Relaisglied 825 mit der Kopplung 840 des Zählers verbindet, gleich iist. Wenn ,die Steuerteile 819 und 820 aus Ther,moelementen bestehen, ist die Stromquelle 810 überflüssig, und die Verbindung zwischen dem Relais und der Zählerkopplung kann auch aus einer mechanischen Übertragung bestehen.
Daher kann das System als ein tragbares Gerät konstruiert werden, oder es ist besonders zweckmäßig für den Gebrauch auf Schiffen oder an anderen Plätzen, wo Stromquellen mit stabiler Frequenz nicht leicht verfügbar gemacht werden können.
Fig. g zeigt ein Meßsystem gemäß der Erfindung, in welchem ein integrierender Meßvorgang durch drei Steuergrößen gesteuert wird. Das abgebildete System dient zum Bestimmen der Wirksamkeit einer mechanischen Energieübertragung, gemessen in PS-Stunden pro Brennstoffverbrauchseinheit. Eine Meßschaltung 983, die zwei auf das Drehmoment reagierende Steuerteile 9I9 und 920 und einen Potentiometerausgleichwiderstand 931 enthält, dessen beweglicher Kontakt 932 durch einen Synchronmotor 953, von der Leitung 901 gespeist, in Bewegung gesetzt wird, dient dazu, die Spule 928 eines Relais so zu steulern, daß ,sie das Drehmoment einer Übertragungswelle 904 in einem entsprechenden Zeitraum überträgt. Das in diesem Beispiel genutzte Instrument ist ein Schreiber, der einen Papiertransportzylinder 941 hat, um den Registrierstreifen 944 zu bewegen und darauf Linien mit zeitanzeigenden Längen vermittells einer Stiftelektrode 942 aufzuzeichnen, Qie durch Umdrehung einer Schneckenwelle 943, durch einen Synchronmotor 975 angetrieben, zur Seite geschoben wird. Der letztere wird aus der Leitung 901 gespeist und durch das bewegliche Relaisglied 925 gesteuert.
Der Antriebsmotor 953 des Potentiometers steht unter der Steuerung eines Schalters 963. Dieser Schalter wird durch ein Exzenterrad 962 oder ähnl'ich betrieben, das durch eine Übertragung 964 mit der Welle 904 verbunden ist, um den Motor 953 in Abständen, je nach Umdrehungsgeschwindigkeit (n/min) mit Strom zu speisen. Diese Steuerung ist ähnlich der in Fig. 6 und kann daher aus der obigen Erklärung für Fig. 6 entnommen werden.
Der Motor 953 für das Instrument, abgesehen von der Steuerung durch die auf -das Drehmoment ansprechende Relaisanordnung, wird ebenfalls durch einen Schalter 973 gesteuert, der durch einen Mechanismus 972 und eine Übertragung 974 von einer Zähleinrichtung 971 her, die die Durchflußgeschwindigkeit in einer Brennstoffrohrleitung 903 mißt, angetrieben wird.
Die Betriebsgeschwindiigkeiten der beiden Motoren 953 und 975 sind der Zeit proportional. Motor 953 vervollständigt jede Periode der Slpannungsänderungen und jeden Aufzeichnungsschritt zugleich innerhalb einer bestimmten Zeitlänlge, z. B. 10 Sekunden. Bei der Vollendung einer jeden Schwingung kehrt der Potentiometerkontakt in die Nullstellung zurück. Dies wird entweder durch eine Rückkehrbewegung bei R'uhe oder ,dadurch erzielt, daß man eine kreisförmige konstruktion, wie in Fig. 6 benutzt. Der Auszeichnungsstift 942 bleibt in der Lage, ,die er lam Ende der Spaunu.ngsperiode erreidht hat und geht viele Schwingungen hindurch weiter, bevor er auf Null zurückgestellt wird. Dies wird gegenwärtig erklärt.
Der Schalter 663 und sein Antrieb sind so geeicht, daß die höchste Betriebsfrequenz, die bei maximaler Umdrehungsgeschwindigkeit eintritt, für die Durchführung des Tast- und Aufzeichnungsvorgangs genügt. Daher muß das kürzeste Intervall des Schaltvorgangs in dem gewählten Beisppeil mindestens 10 Sekunden dauern und kann z. B. mit 15 Sekunden gewählt werden. Dieser Arbeitszyklus durch den Schalter 973 muß mehrere Perioden des Schalters 963 bei der zu erwartenden Höchstenergieaufnahme einschließen. Zum Beispiel genügt ein Verhältnis 100 : I, um eine zufriedenstellende Bestimmung des Durchschnittswertes der zu bestimmenden Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. So würde ein Zeitraum von 100 X 15 = I 500 Sekunden oder 1/2 Stunde bei höchster Energieaufnahme für den Vorgang des Schalters 973 angemessen sein.
Diese Periode würde auf I Stunde anwachsen, wenn die Energieaufnahme (B rennstoffversorgung) auf die Hälfte des maximalen Nennwerts reduziert wird. Die Registrierpapierzuführung durch den Aufzeichnungszylinder 941 ist der Zeit proportional.
Wenn in Betrieb, mißt der Teil des Systems, der durch den Meßrelaisstromkreis und den auf die Geschwindigkeit ansprechenden Schalter 663 gesteuert wird, die PS-Stunden, während die Steuerung, überlagert -durch den Schalter 973, die Gesambdauer einer jeden Gruppe von integrierenden Vorgängen in Abhängigkeit von der Brennstoffversorgung bestimmt. Folglich gibt das erzielte Ergebnis die Beziehung von PS-Stunden zur Brennstoffmenge an und daher die Leistungsgröße, die interessieren dürfte.
Die erfolgte Anzeige auf dem Streifen 944 ist aus Linien zusammengesetzt. Im Gegensatz zu der Arbeitsweise des Schreibers, wie oben beschrieben, mit Bezug auf Fig. 1, ist allerdings jede Linie aus vielen (wenigstens 100) Linienteilen zusammengesetzt, wobei jeder Teil den Integralwert, der während einer einzigen Potentiometerperiode (10 Sekunden) festgestellt wurde, darstellt, und jede komplette Linie den Gesamtintegralwert während des ganzen Meßzeitraums, wie durch den Schalter 973 bestimmt, darstellt. Jede fertige Linie gibt einen Leitstungswert an. Am Ende des ganzen Zeitraums geht der Schreibstift zur Ruhe auf Null zurück. Eine elektrische Verbindung (nicht abgebildet) mit dem Schalter 973 kann benutzt werden, z. B. lum die Rückbewegung zu steuern. Der Abstand zwischen den Linien ändert sich gemäß der Belastung der Energieübertra"ung. d. h. je kleiner die. Belastung, desto länger die Zwischenräume zwischen ,den Schließungsvorgängen des Schalters 973 und .daher desto weiter die Entfernung zwischen den aufgezeichneten Linien. Anstatt eines Schreibers oder als Zusatz dazu kann ein,integrierender Zähler 945 mit dem Steuerstromkreis so verbunden werden, daß er Iden am Ende einer jeden kompletten Periode des Schalters 672 erreichten Integralwert angibt. Die Zählung geht proportional zur Zeit vor sich. Nach dem wende einer jeden Periode des Schalters 973 wird der Zähler auf Null oder auf seine vorhergehe.nden lxrichtilgten Stellungen zurückgestellt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Vorrichtung zur Anzeige, Registrierung und regelt,echnischen Auswertung von mehreren verschiedenartigen, unabhängigen, veränderlichen Meßwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßwerte auf eine Zählvorrichtnng zur Wirkung gebracht werden zwecks Verwertung im integrierenden Sinne.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch.gekennzeichnet, daß die eine der beiden Meßgrößen die Beziehung zweier gleichartiger Meßgrößen darstellt l>ei Bestimmung der Häufigkeit des Vergleichs durch die andere der beiden Meßgrößen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen oder mechanischen Meßwerte zu sich stetig ändernden elektrischen Vergleichswerten in Vergleich gesetzt werden bei Wahl einer bestimmten math1ematischen Abhängigkeit dieser Werte voneinander und Einleitung des Anzeige-, Registrier-oder Regelvorgangs durch unter dem Einfluß dieses Vergleichs zur Wirkung kommende Schalteinrichtungen.
4. Vorrichtung nach .\nspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich stetig ändernde elektrische Vergleichswert durch ein rotierendes bzw. pendelndes Abgleichorgan (Potentiometer) erzeugt wird und bei Durchlaufen eines Abgleichspunktes die schalteinrichtung zur Einleitung der anzeige, Registrierung oder Regeluiig wirksam wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung durch Zeilenregistrierung erfolgt und die quer zur Vorschubrichtung des Registrierpapiers liegenden Zeilen in ihrer Länge der Größe des Meßwerts entsprechen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ,der Vorschub des Registnierpapiers zeitproportional erfolgt zwecks Erzielung einer Integration.
7. Vorrichtung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung in Abahängigkeit eines i.n der Drehrichtung von dem Vergleich zwischen Meßwert und Vergleichswert abhängigen, zugleich den Abgriff des Potentiometers ;und den Schreibsti ft antreibenden Äfotors erfolgt.
S. Vorrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Messung einer verbrauchten Wärmemenge die Differenz zwischen Ein- und Austrittstemperatur eines Äfediums elektrisch bestimmt wird bei Feststellung der Durchtrittsmenge und Anzeige bzw.

Registrierung des Produkts der beiden Meßgrößen auf einem integrierenden Meßgerät.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung der Zeilenregistrieru-ng die die Häufigkeit des -Nuftretens eines Äteßwerts bestimmende Größe sich in den Abständen auf dem zeitabhängig bewegten Registrierpapier ausdrückt.