DE860715C

DE860715C - Vorrichtung zur Steuerung einer Registriereinrichtung in Abhaengigkeit der Funktion zweier veraenderlicher elektrischer oder elektrisch darstellbarer Messwerte

Info

Publication number: DE860715C
Application number: DEK7305A
Authority: DE
Inventors: George Dr Keinath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-12-24
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-12-22

Description

Vorrichtung zur Steuerung einer Registriereinrichtung in Abhängigkeit der Funktion zweier veränderlicher elektrischer oder elektrisch darstellbarer Meßwerte Die Erfindung bezieht sich auf Meßsysteme zur Bestimmung einer Funktion von zwei veränderlichen Meßgrößen für die Steuerung eines Anzeigeregistrier-oder Steuermechanismus in Übereinstimmung mit dieser Funktion. Im besonderen befaßt sich die Erfindung mit Systemen der soeben genannten Art, bei denen die Veränderung keiner der beiden Größen notwendigerweise direkt proportional zur Zeit zu sein braucht. Es besteht z. B. das Bedürfnis, die Veränderungen eines elektrischen Widerstandes in seinem Funktionsverhältnis zur Temperatur, die magnetische Induktanz eines ferromagnetischen Körpers im Verhältnis zur effektiven magnetischen Feldstärke, den Spannungsabfall in einem Widerstandskörper als Funktion eines elektrischen Stromes, die Temperatur von Dampf, bezogen auf den Dampfdruck, oder die Viskosität einer Flüssigkeit in Abhängigkeit von Druck oder Temperatur anzuzeigen, aufzuzeichnen oder zur Regelsteuerung zu benutzen, um nur einige Beispiele von Funktionen zu nennen, deren Veränderungen oder Größen im Hinblick auf die vorliegende Erfindung von Interesse sind.
Das allgemeine Problem, eine Funktion von zwei veränderlichen Größen festzustellen und aufzuzeichnen, ist teilweise durch die sogenannten X-Y-Schreiber gelöst worden, bei denen eine Schreibwerktrommel in Abhängigkeit von einer der Größen in Drehung versetzt wird, während der Schreibstift sich unter dem Einfluß der zweiten Größe bewegt und dabei eine die zu bestimmende Funktion darstellende Kurve aufzeichnet. Obgleich das vorgenannte Arbeitsprinzip der bekannten X-Y-Schreiber auf den ersten Blick einfach erscheint, so stellen sich doch der praktischen Verwirklichung und der Anpassung an die bisherige Technik Schwierigkeiten und Komplikationen hinsichtlich der erforderlichen mechanischen Apparaturen entgegen, und der Anwendungsmöglichkeit und dem Bereich der Größen, für die diese Art Registriergeräte bisher verwandt werden konnten, waren enge Grenzen gesetzt. Diese Nachteile sind auf den ziemlich komplizierten und schweren Mechanismus zurückzuführen, der die Übertragung der bei den bekannten X-Y-Registriergeräten erforderlichen verhältnismäßig großen Kräfte und Drehmomente in sich einschließt, sowie auf die elektrischen Meßsysteme, die dazu verwandt werden, das Schreibwerk den zu bestimmenden Größen entsprechend zu steuern.
Gegenstand dieser Erfindung ist es, Meßsysteme zur Steuerung eines Anzeigeregistrier- oder Steuermechanismus in Abhängigkeit von zwei veränderlichen Größen zu schaffen, die die vorstehend erwähnten Mängel der bekannten X-Y-Schreiber nicht oder nur in geringerem Maße aufweisen. Insbesondere ist es Gegenstand der Erfindung, die für den Betrieb eines solchen Systems erforderliche mechanische Apparatur zu vereinfachen. Ein weiterer Gegenstand ist, das System für geringere Steuergrößen empfindlich zu machen, als bisher praktisch ausnutzbar waren.
Außerdem bezweckt die Erfindung auch, die Konstruktion und den Betrieb eines solchen Systems vorwiegend elektrisch zu gestalten, was zur Vereinfachung in mechanischer Hinsicht und zur Erhöhung der Genauigkeit und Betriebssicherheit beiträgt. Weitere Gegenstände der Erfindung werden weiter unten noch erwähnt werden.
Gemäß der Erfindung sind zwei einstellbare Meßvorrichtungen vorgesehen, um zwei Relais, eins für jede Meßvorrichtung, in Übereinstimmung mit den beiden Steuergrößen, die diesen Vorrichtungen zugeführt werden, zu steuern. Die Einstellung einer Vorrichtung wird durch Antriebsmittel zyklisch verändert, synchron mit einer Kreislaufbewegung eines Gliedes des Mechanismus, z. B. einer Schreibwerktrommel. Die Einstellung der zweiten Meßvorrichtung wird durch Betätigungsmittel geändert, synchron mit der Bewegung eines zweiten Gliedes des Mechanismus, z. B. eines Schreibstiftes, der mit dem erstgenannten Mechanismusglied zusammenarbeitet. Es ist für die Erfindung in dieser Hinsicht von Wichtigkeit, daß die beiden zusammenarbeitenden Mechanismusteile während der obenerwähnten Synchronbewegungen untätig sind, d. h. leer laufen, und erst in Tätigkeit gesetzt werden, wenn beide Relais in Anspruchstellung gegangen sind. Zu diesem Zweck ist eine elektrische Steuerschaltung zwischen den Relais und dem Mechanismus vorgesehen, um einen Steuerimpuls im geeigneten Augenblick zu geben.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung arbeitet eines der vorstehend erwähnten synchronen Antriebs- oder Betätigungsmittel periodisch, während das zweite schrittweise oder, weiter gefaßt, gemäß einem gegebenen Fortschaltprogramm so vorrückt, daß jeder Schritt wenigstens einen Kreislauf des periodischen Antriebes bedingt. In einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß eines der beiden Antriebs- oder Betätigungsmittel in einem Kreislauf arbeitet, der von gewählter Periodizität ist oder sich mit einer gewählten Frequenz wiederholt, während das andere automatisch durch die Funktion des zu steuernden Mechanismus geregelt wird.
Da diese und andere Zwecke und Merkmale der Erfindung in Verbindung mit konkreten Beispielen leichter verständlich sind, sollen die zeichnerisch dargestellten Ausführungsarten beschrieben werden, ehe auf andere Zwecke und Merkmale der Erfindung näher eingegangen wird.
Fig. I, 2 und 3 der Zeichnungen beziehen sich auf ein einziges Registriersystem. Fig. 1 zeigt einige Einzelheiten, Fig. 2 ein komplettes Schema des Systems einschließlich seiner wesentlichen elektrischen und mechanischen Bauelemente, und Fig. 3 zeigt einen Registrierstreffen mit einer Kurve, die für die durch dieses System aufgezeichneten charakteristisch ist.
Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen drei weitere Verwirklichungen der Erfindung, von denen jede als Schreibsystem ausgeführt ist.
Fig. 7 zeigt schematisch ein umgeändertes Betätigungsmittel, das für das System der Fig. 2 oder für irgendeines der anderen Systeme verwandt werden kann.
Fig. 8 zeigt, mehr ins einzelne gehend und in größerem Maßstab, einen Teil des in Fig. 5 dargestellten Systems.
Fig. g stellt noch eine weitere Verwirklichung dar und zeigt ein komplettes Schaltbild des Systems.
Fig. 10 bezieht sich auf das System-der Fig. g und zeigt einen Registrierstreifen mit einer durch ein solches System aufgezeichneten Kurve.
Zunächst sollen die Fig. 1, 2 und 3 besprochen werden. Der Zweck des hier veranschaulichten Systems ist, die Änderung des Ohmwertes eines elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von seiner Temperatur zu messen und aufzuzeichnen.
Gemäß Fig. rist der zu untersuchende Widerstandskörper 2II, mit den Klemmen A und B verbunden, in einem Isolierbad untergetaucht, das sich in einem mit einem elektrischen Heizelement 202 versehenen Heizgefäß 20I befindet. Das Heizelement 202 ist mit einer Stromquelle 204 über einen Regelwiderstand 203 verbunden, der es gestattet, die Temperatur des Bades beliebig zu erhöhen oder zu verringern. Ein mit den Klemmen C und D verbundenes Widerstandsthermometer 22I taucht ebenfalls in das Bad, um dessen Temperatur zu messen.
Die Elemente 2II, A, B und 22I, C, D liegen in einer Meßanordnung, wie in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur sind die soeben erwähnten Elemente unter den gleichen Bezeichnungen in ihremZusammenwirken mit den übrigen Teilen des Systems dargestellt.
Das System enthält zwei getrennt einstellbare Meßanordnungen, die in dieser Ausführungsform beide aus ausgleichbaren elektrischen Schaltungen in der Art von Wheatstone-Brücken bestehen.
Die erste Brücke dient dazu, die Widerstandsgröße des Widerstandskörpers 211 zu bestimmen und enthält einen konstanten Widerstand 212 sowie einen potentiometrischen Ausgleichswiderstand 213, der kreisförmig konstruiert und mit einem drehbaren Schleifkontakt 2I4 ausgerüstet ist. Der Schleifkontakt 214 liegt im Nullzweig oder in der Brückendiagonale 219 der Schaltung in Reihe mit der Spule 2I5' eines als Relais dienenden Drehspulgalvanometers 2I5. Die Spule 2I5' ist auf einem Stift I5 zwischen den Polen eines permanenten Magneten 216' drehbar gelagert und steuert den beweglichen Kontakt 2I6. Die Zahlen 2I7 und 2I8 bezeichnen die beiden feststehenden Kontakte, zwischen denen der bewegliche Kontakt spielt. Die Brückenschaltung ist durch die Leitungen 274 und 275 mit einer Erregerstromquelle 271 verbunden, die entweder Gleichstrom oder Wechselstrom liefert.
Wenn der Potentiometerkontakt 214 einen Umlauf macht, überstreicht er eine Stellung, bei der die Brückenschaltung ausgeglichen ist, so daß der Diagonalstrom im Zweig 219 durch Null hindurchgeht und seine Richtung ändert. Im Augenblick des Ausgleichs legt das Relais 215 seinen beweglichen Kontakt 216 vom feststehenden Kontakt 2I7 auf den Kontakt 2I8 oder von Kontakt 2I8 auf Kontakt 2I7 um, je nach der Drehrichtung des Schleifkontaktes 214. Dieser Vorgang kann bei verschiedenen Stellungen des Schleifkontaktes auf dem Widerstand 2I3 eintreten, je nach der augenblicklichen Größe des veränderlichen Widerstandskörpers 211. Demzufolge zeigt die Winkelstellung des Schleifkontaktes 214 im Augenblick des Umschaltens des Relais 2I5 die zu messende Widerstandsgröße an.
Die zweite Brückenschaltung dient zum Messen der Temperatur, die durch den veränderlichen Widerstand des Widerstandsthermometergliedes 22I dargestellt wird. Diese Brücke enthält auch einen konstanten Widerstand 222 sowie einen potentiometrischen Ausgleichswiderstand 223 und wird über die Leitungen 276 und 277 aus einer Stromquelle 27I gespeist. Der Potentiometerwiderstand 223 ist von gerader Ausführung und wird überstrichen von einem hin und her gehenden Schleifkontakt 224, der in der Brückendiagonale 229 in Reihe mit der Drehspule 225' eines Galvanometerrelais 225 liegt. Die Spule 225' ist auf einem drehbaren Stift 25 zwischen den Polen eines Magneten 226' aufgebracht und hat einen beweglichen Kontakt 226, der mit den beiden feststehenden Kontakten 227 und 228 zusammenarbeitet. Der bewegliche Kontakt ändert seine Stellung, wenn der Ausgleichszustand der Brücke durchschritten wird, d. h. wenn die Einstellung der ausgleichenden Potentiometereinrichtung die zu ermittelnde Temperaturgröße anzeigt.
In Verbindung mit den beiden vorstehend beschriebenen einstellbaren Meßanordnungen steht ein Schreibwerk mit zwei zusammenarbeitenden Gliedern, bestehend aus einem hin und her gehenden Schreibstift 244 und einer sich drehenden Trommel zur Aufnahme eines Registrierstreifens. Die Trommel 245 und der Potentiometerkontakt 2I4 werden periodisch und synchron miteinander in Drehung versetzt bzw. betätigt.
Die Antriebsmittel für die synchrone Bewegung enthalten einen Elektromotor 23I, der über die Leitungen 272 aus der Stromquelle 27I gespeist wird und durch die Wellen 232 bzw. 246 mit dem Kontakt 214 und der Schreibwerktrommel 245 verbunden ist. Der Schreibstift 244 und der Potentiometerkontakt 224 werden ebenfalls synchron miteinander betätigt und sind zu diesem Zweck an einem mit einer Schneckenwelle 242 im Eingriff stehenden Halter 243 angebracht.
Die Schneckenwelle wird ihrerseits durch einen motorischen Antrieb 24I betätigt. Während der durch den Motor 23I erfolgende periodische Antrieb kontinuierlich ist, ist jedoch die Betätigungsvorrichtung 24I eine Art Schrittschaltwerk, d. h. sie arbeitet mit Unterbrechungen und bewegt die Kontaktanordnung der Glieder 224, 243, 244 schrittweise über einen unterteilten Schaltbereich. Wie weiter unten näher erläutert werden wird, ist die Arbeitsperiode der Betätigungsvorrichtung 24I und der durch sie angetriebenen Glieder länger als die des Antriebes 231, so daß der kreisende Potentiometerkontakt 2I4 während jeder Fortschaltstufe des schrittweisen Antriebes seinen Umlauf ein- oder mehrmals vollendet.
Das Schreibwerk ist so konstruiert, daß die Bewegung des Schreibstiftes und der Trommel nicht ohne weiteres eine Kurve auf dem an der Trommel angebrachten Registrierstreifen aufzeichnet. Ein elektrischer Steuerstromkreis ist vorgesehen, um den Schreibvorgang des Registrierstiftes so zu steuern, daß er auf bestimmte Augenblicke oder Intervalle beschränkt wird. Ein Tintenschreiber, dessen Tintenfluß durch den elektrischen Stromkreis gesteuert wird, könnte zu diesem Zweck benutzt werden. Eine besonders einfache und zuverlässige Arbeitsweise wird jedoch erreicht, wenn der Schreibstift und die Trommel als Elektroden ausgebildet sind, die, wenn erregt, einen Entladestrom durch einen elektrolytischen, d. h. stromempfindlichen Registrierstreifen schicken, wobei eine Aufzeichnung auf den Registrierstreifen nur im Augenblick des Stromflusses erfolgt. Diese Art Registriergerät findet in dem dargestellten System Verwendung. Hierbei ist ein elektrischer Steuerstromkreis mit den beiden Elektrodengliedern, d. h. der Trommel und dem Schreibstift, verbunden, wie im folgenden näher erläutert werden wird.
Der bewegliche Kontakt 2I6 des Relais 2I5 ist mit einem Pol des Kondensators 283 verbunden. Der feststehende Kontakt 2I7 desselben Relais liegt in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand 282 und einer Stromquelle 28I, die ihrerseits mit dem zweiten Pol des Kondensators 283 verbunden ist. Wenn der bewegliche Kontakt 216 den feststehenden Kontakt 2I7 berührt, wird der Kondensator aus der Stromquelle 28I aufgeladen. Eine Verbindungsleitung 284 führt von dem feststehenden Kontakt 2I8 zum beweglichen Kontakt 226 des zweiten Relais 225. Der feststehende Kontakt 227 des Relais 225 ist durch eine Leitung 285 mit der Betätigungsvorrichtung 24I verbunden. Eine zweite Leitung 286 verbindet letztere mit der Trommel 245 des Registriergerätes, dessen Schreibstift 244 über Leitung 287 an den Kondensator 283 angeschlossen ist. Zwischen dem Kondensator 283 und dem zweiten feststehenden Kontakt 228 des Relais 225 angeschlossen befindet sich eine Entladeleitung 288, in der ein Strombegrenzungswiderstand 290 liegen kann. Die Leitungen 284 bis 287 und die zugehörigen Relaisverbindungen bilden den obenerwähnten Steuerstromkreis, wie aus nachfolgender Beschreibung der Relaisfunktion besser verständlich wird.
Die abgebildeten Stellungen beider Relais entsprechen der Ruhelage des Steuerstromkreises. So lange, wie während jeder Umdrehung des Kontaktgliedes 214, von seiner Anfangsstellung an, das Glied die Ausgleichsstellung noch nicht durchschritten hat, bleiben die Relaiskontakte 2I6 und 2I7 geschlossen, so daß der Kondensator aufgeladen wird, sich aber nicht entladen kann. Wenn der Kontakt 214 seine Ausgleichsstellung durchwandert, wird der Relaiskontakt 2I6 auf den Kontakt 2I8 umgelegt. Falls das Relais 225 sich noch in der abgebildeten Stellung befindet, entlädt sich der Kondensator über den durch die Kontakte 226 und 228 geschlossenen Entladepfad 288. Demzufolge hat die Entladung keine Wirkung auf das Registriergerät und klingt schnell ab, während der Potentiometerkontakt 2I4 seinen Weg fortsetzt und die Kontakte 2I6 und 2I8 geschlossen bleiben. Falls jedoch im Augenblick der Entladung das Relais 225 auf den Durchgang des hin und her gehenden Kontaktgliedes 224 des zugehörigen Potentiometers durch die Ausgleichsstellung ebenfalls angesprochen hat, wird der Kurzschluß über den Pfad 288 aufgehoben, und die Entladung des Kondensators erfolgt über die Leitung 284, die dann geschlossenen Kontakte 226 und 228, die Leitung 285, das Schrittschaltwerk 24I und die Schreibwerkglieder 245 und 244. Infolgedessen wird ein Registrierpunkt auf dem Registrierstreifen aufgezeichnet.
Wie beschrieben worden ist, ist die Betätigungsvorrichtung 24I auch in den Steuerstromkreis eingeschaltet, um durch sie gesteuert zu werden. Jeder durch das Registriergerät hindurchgehende Entladeimpuls veranlaßt daher die Betätigungsvorrichtung, die Glieder 224,243 und 244 um einen Schritt auf ihrem Fortschaltweg vorzurücken.
Wenn man das System als Ganzes betrachtet, so wird seine Arbeitsweise aus nachstehend erläutertem Beispiel verständlich: Angenommen, daß der Behälter, das Bad und die eingetauchten Teile, wie sie in Fig. I dargestellt sind, sich in kaltem Zustand befinden und daß die für den Widerstandskörper 211 charakteristische Widerstandstemperatur durch Aufzeichnung einer entsprechenden Kurve bestimmt werden soll. Das Bad wird bis zu einer Höchsttemperatur von z. B. 300° durch Einschalten des Heizwiderstandes 202 erhitzt. Zu Beginn der Heizperiode wird der Antriebsmotor 23I in Gang gesetzt, so daß der Potentiometerkontakt 2I4 und die Schreibwerktrommel 245 ihren periodischen Umlauf beginnen und während der ganzen Heiz- und Meßperiode ihren Arbeitsvorgang fortsetzen. Der hin und her gehendePotentiometerkontakt 224 und der Schreibstift 244 bleiben zunächst in ihrer Anfangsstellung stehen, z. B. auf der rechten Seite ihres Bewegungspfades. In dieser Stellung steht das Glied 224 auf dem potentiometrischen Ausgleichswiderstand 223 an einem Punkte, der einer Temperatur entspricht, die um ein geringes über der anfänglichen Temperatur des Bades liegt. Die Differenz beträgt z. B. 3°. Während seiner kontinuierlichen Fortbewegung durchwandert jetzt der rotierende Kontakt 2I4 bei jeder Umdrehung seinen Ausgleichspunkt. Jedesmal, wenn dieser Punkt durchschritten wird, spricht das Relais 215 an und der Kondensator 283 wird entladen, um nach Beendigung des Umlaufs wieder aufgeladen zu werden., Solange jedoch die Temperatur unter der bleibt, auf die der Kontakt 224 eingestellt ist, ist der Widerstand des Steuerelementes 221 zu niedrig, um seinen zugehörigen Brückenstromkreis auszugleichen. Infolgedessen bleibt das Relais 225 in der dargestellten Stellung, so daß die erste Entladung des Kondensators oder auch mehrere aufeinanderfolgende Entladungen über den Kurzschlußpfad 288 gehen und keine Wirkung auf das Registriergerät und das Schrittschaltwerk 241 haben. Sobald die durch das Steuerelement 22I gemessene Temperatur eine Höhe erreicht, die dem Programmpunkt, auf den der Kontakt 224 eingestellt ist, entspricht, wird der Ausgleichszustand der zugehörigen Brücke durchschritten, wodurch das Relais 225 veranlaßt wird, den Pfad 288 aufzutrennen und die Steuerleitung 226 mit dem Entladekreis zu verbinden. Die nächste durch das Relais 2I5 bewirkte Entladung muß jetzt durch das Registriergerät gehen und einen Registrierpunkt auf dem Registrierstreifen aufzeichnen. Unmittelbar darauf bewegt das ebenfalls durch den Entladestrom erregte Schrittschaltwerk den Kontakt 224 und den Schreibstift 244 einen Schritt vorwärts auf den zweiten Programmpunkt, der einen höheren Temperaturgrad darstellt. Die Differenz beträgt hier beispielsweise wieder 3°. Infolgedessen fällt das Relais 225 in die in der Zeichnung dargestellte Anfangslage zurück, sobald ein Reglstrierpunkt aufgezeichnet worden ist. In diesem Augenblick eilt die langsam ansteigende Temperatur des Bades der durch die neue Stellung des Kontaktes 224 vorgeschriebenen Temperatur nach.
Demzufolge ist die nächste Entladung bzw. die nächste Serie von mehreren Entladungen wirkungslos, bis das auf die steigende Badtemperatur reagierende Steuerelement 22I wieder in der Lage ist, den Brückenstromkreis auszugleichen. Dann spricht das Relais 225 an, so daß die nächste von dem Relais 215 ausgehende Entladung einen zweiten Registrierpunkt aufzeichnet und gleichzeitig veranlaßt, daß der Potentiometerkontakt 224 einen weiteren Schritt vorrückt und das Relais 225 in seine Anfangsstellung zurückkehrt. Dieser Arbeitsvorgang wiederholt sich, bis der gewünschte Meßbereich überstrichen worden ist.
Die so auf dem Registrierstreifen aufgezeichnete Kurve ist von der in Fig. 3 dargestellten Art. Diese Figur zeigt einen der Schreibwerktrommel entnommenen Registrierstreifen 205. Die Kurve 206 ist aus einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Punkten zusammengesetzt, von denen jeder während eines Schrittes des oben beschriebenen Arbeitsvorganges des Systems aufgezeichnet worden ist. Da die Winkelstellung der Trommel im Augenblick einer jeden Entladung in Wechselbeziehung zu der des Potentiometerkontaktes 214 steht und daher den Widerstandswert des Körpers 211 anzeigt, und da ferner die Entladung nur wirksam ist, wenn die Stellung des Potentiometer- kontaktes 224 und des Schreibstiftes 244 der durch das Element 22I gemessenen Temperatur entspricht, stellt jeder aufgezeichnete Punkt hinsichtlich seiner Lage im Koordinatensystem der registrierten Kurve eine Funktion beider Steuergrößen dar. Die Kurve 206 ist ein geometrischer Ort solcher Funktionen und veranschaulicht daher die zu bestimmende Charakteristik.
Die Meßgenauigkeit hängt ab vom Verhältnis der Arbeitsgeschwindigkeit, des rotierenden Potentiometers zur Geschwindigkeit, mit der sich die zu messende Temperatur ändert. Das heißt, die Genauigkeit kann innerhalb weiter Grenzen erhöht werden, indem man entweder die Rotationsgeschwindigkeit heraufsetzt oder die Heizperiode verlängert oder auch beide Veränderungen vornimmt. Die Rotationsgeschwindigkeit kann mit Leichtigkeit auf einer solchen Höhe gehalten werden, daß sie die Messung von Vorgängen gestattet, die sich mit erheblicher Schnelligkeit ändern, z. B. nur eine Dauer von wenigen Minuten oder Sekunden haben. Die Betriebsgenauigkeit hängt auch von der Stufenfolge des Schrittschaltantriebes und seines zugehörigen Potentiometers ab. Je größer die Anzahl der Schritte ist, für die eine entsprechendeDrehgeschwindigkeit des Kontaktes 214 vorgesehen ist, desto ähnlicher wird die aufgezeichnete Kurve den steuernden Vorgängen sein. Für den vorstehend erläuterten Zweck könnte für einen Temperaturbereich von o bis 300° eine Schrittfolge von 50 bis 100 Schritten, z. B. von 100 Schritten für je eine Temperaturdifferenz von 3", gewählt werden.
Nach Beendigung des Aufzeichnungsvorganges werden die Glieder 224, 243 und 244 in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt, um das System für einen weiteren Registriervorgang bereitzumachen. Falls es jedoch erforderlich ist, Änderungen in beiden Richtungen zu messen, so sind die Betätigungsmittel am besten umsteuerbar zu machen, so daß die Glieder 224, 243 und 244 schrittweise zurückgeführt werden, während das System in der gleichen Weise arbeitet, wie oben beschrieben, mit dem einen Unterschied, daß man jetzt das Bad mit den darin eingetauchten Teilen sich auf eine niedrige Temperatur abkühlen läßt. Die Umsteuerung kann dadurch erreicht werden, daß man ein polarisiertes, umsteuerbares Schrittschaltwerk verwendet oder durch ein mechanisches Wechselgetriebe, von dem viele Arten greifbar sind. Vorzugsweise werden entweder die Polarität des Relais 224 oder die Verbindungen der Kontakte 227 und 228 zusammen mit der Umsteuerung der Schreibstiftbewegung umgekehrt. Ein Beispiel für die Umsteuermittel, die für das in Fig. 2 dargestellte System Verwendung finden können, wird an Hand von Fig. 4 näher beschrieben.
In Fällen, in denen gewünscht wird, die Dauer des Meßvorganges anzuzeigen, kann das Registriergerät mit einer Zeitmarkiervorrichtung versehen werden.
Fig. 2 zeigt eine solche Vorrichtung. Sie enthält eine zweite Schreibstiftelektrode 264, die an einem Halter 263 angebracht ist, der mit Hilfe einer durch einen Motor 26I betätigten Gewindewelle 262 entlang der Trommel 245 direkt proportional zur Zeit bewegt wird.
Der Motor 26I ist über die Leitungen 265 mit der Stromquelle 271 verbunden. In Intervallen gleicher Dauer, z. B. alle 5 oder 10 Sekunden, erfolgt eine Stromentladung über den Schreibstift 264 auf den Registrierstreifen, wodurch Zeitpunkte aufgezeichnet werden, wie unter 207 in Fig. 3 dargestellt. Wenn beide Motoren 23I und 26I synchron laufen, erscheinen die Zeitpunkte in einer Linie parallel zur Trommelachse, und es ist leicht, sie an einer geeigneten Stelle des Registrierstreifens, vorzugsweise die für die Hinbewegung getrennt von denen für die Herbewegung, erscheinen zu lassen, und zwar lediglich dadurch, daß man die Phasenstellung der Zeitmarkierungsent ladungen relativ zu der Umdrehung der Trommel entsprechend auswählt. Ein durch den Motor 26I über einen im Winkel verstellbaren Steuernocken angetriebener Kontaktgeber (nicht gezeigt) kann für diesen Zweck verwandt werden.
Die Konstruktion und die Arbeitsweise eines Meßsystems der oben beschriebenen Art bleiben die gleichen, wenn die Temperaturänderung durch die Anordnung mit dem periodisch arbeitenden Potentiometer gemessen wird, während die Veränderung des Steuerwiderstandes in der Anordnung mit dem schrittweise fortgeschalteten Potentiometer wirksam ist.
Ebenso wird es einleuchtend sein, daß nicht nur Widerstand-Temperatur-Charakteristiken, sondern auch irgendwelche anderen Erscheinungen mit dem System gemessen werden können, sofern diese Erscheinungen in Veränderungen eines elektrischen Schaltungsgliedes verwandelt werden können. Es wird jedoch im folgenden gezeigt werden, daß solche Systeme auch für irgendwelche anderen elektrischen oder nichtelektrischen Größen verwendbar sind, die ein Relais mittels einer Differentialwirkung in Zusammenarbeit mit einem unabhängig veränderlichen Einstellglied steuern können.
Der Aufbau und die Wirkweise des Systems können, abgesehen von seinem besonderen Meßzweck, in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden. Dies geht aus den in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausführungsarten hervor, die nachstehend beschrieben werden sollen.
Um einen Vergleich der Fig. 4 bis 7 mit der Fig. 2 zu erleichtern und um eine Abkürzung der Beschreibung dieser und anderer Ausführungsarten zu gestatten, sind die letzten beiden Ziffern der Bezeichnungszahlen in allen Figuren gleich, wenn diese Bezeichnungen sich auf funktionell ähnliche Teile beziehen.
Das in Fig. 4 gezeigte System dient zur Aufzeichnung einer Funktion von zwei veränderlichen Steuergrößen, die durch entsprechende Widerstandsänderungen je eines der beiden Schaltungselemente 411 und 42I dargestellt wird.
Das Schaltelement 411 liegt in einer Brückenschaltung, die auch einen unveränderlichen Widerstand 412 und einen potentiometrischen Ausgleichswiderstand 4I3 enthält, dessen beweglicher Schleifkontakt 4I4 im Nullzweig 4I9 der Schaltung in Reihe mit einem Relais 4-I5 angeordnet ist. Das Relais ist von der polarisierten Art. Ein Umschalter 439 ist vorgesehen, um die Richtung des Ansprechstromes für das Relais zu ändern.
445 stellt das Trommelglied und 444 das Schreibstiftglied eines Registriergerätes dar. Beide Glieder bilden Elektroden, um eine Stromentladung durch den auf der Trommel 445 angebrachten Registrierstreifen zu schicken, der am besten von elektrolytischer Art ist.
Das Schreibstiftglied 444 ist mit dem Potentiometerkontakt 4I4 mittels eines gemeinsamen Halters verbunden, der sich auf einer geraden Führungsschiene 435 hin und her bewegen kann. Der Halter 433 ist mit einem Arm 436 gekoppelt, der um die Achse 437 drehbar gelagert ist und durch eine von einem Synchronmotor 43I angetriebene Verbindungsstange 438 betätigt wird. Der Motor 43I wird aus der Leitung 47I durch die Zuführungen 472 gespeist. Wenn der Motor 43I läuft, veranlaßt er den Arm 436, periodische Schwingungen auszuführen und dadurch die Kombination der Glieder 4I4, 433, 444 über die Schreibwerktrommel 445 und den darauf angebrachten Registrierstreifen hin und her zu bewegen. Während ihres periodischen Weges geht die Kombination der Glieder 414, 433, 444 durch eine Stellung hindurch, die in diesem Augenblick den Widerstandswert des Schaltungselementes 411 aus den vorstehend an Hand von Fig. 2 erläuterten Gründen anzeigt. Das Relais 415 hat einen beweglichen Kontakt 4I6, der mit den beiden feststehenden Kontakten 4I7 und 4I8 zusammenarbeitet. Jedesmal, wenn der Potentiometerkontakt 4I4 durch die Ausgleichsstellung hindurchgeht, ändert der bewegliche Kontakt seine Stellung.
Der vorstehend erwähnte Umschalter oder Umpoler 439 ist so im Nullzweig 4I9 angeschlossen, daß er, wenn er betätigt wird, die Polarität des Relais 4I5 umkehrt.
Dieser Umschalter wird durch die hin und her gehende Anordnung der Glieder 436 und 433 z. B. durch sogenannte Endschalter (nicht dargestellt) so gesteuert, daß jedesmal, wenn die Anordnung die eine oder andere Endstellung ihres Weges erreicht, eine Umpolung erfolgt. Infolgedessen arbeitet die Apparatur in beiden Bewegungsrichtungen der Anordnung.
Das veränderliche Schaltelement 42I ist in einer Brückenschaltung angeschlossen, die einen konstanten Widerstand 422 sowie einen potentiometrischen Ausgleichswiderstand 423 enthält, dessen beweglicher Kontakt 424 in Reihe mit einem zweiten Relais 425 im Nullzweig 429 der Brücke liegt. Kontakt 424 ist an einem Dreharm 443 angebracht, der mittels einer Übertragung 442 durch ein dazwischenliegendes Schrittschaltwerk 44I betätigt wird. Eine ähnliche Übertragung 446 veranlaßt die Schreibwerktrommel 445, synchron mit dem Kontakt 424 zu rotieren. Das Relais 425 wird betätigt, sobald die Widerstandsgröße des Schaltungselementes 42I der Stellung des Kontaktes 424 auf dem potentiometrischen Widerstand 423 entspricht. Der bewegliche Kontakt 426 des Relais 425 arbeitet zusammen mit den feststehenden Kontakten 427 und 428, die über einen Umschalter 459 und Leitung 485 mit dem Schrittschaltwerk verbunden sind, das seinerseits über die Leitung 486 an die Schreibwerktrommel 445 angeschlossen ist. Der so gebildete Steuerkreis wird durch eine Verbindungsleitung 487 geschlossen, die von der Schreibstiftelektrode 444 zum erstgenannten Relais führt, sowie durch eine zweite Leitung 484, die den beweglichen Kontakt 426 des Relais 425 auch mit dem Kontaktsatz des Relais 4I5 verbindet. Ein Entladekreis, der eine Stromquelle 48I, einen Widerstand 482 und einen Kondensator 483 enthält, ist so mit den Kontakten des Relais 4I5 verbunden, daß der Kondensator aufgeladen wird, wenn sich das Relais in der Ruhelage befindet und sich in den Steuerkreis entlädt, sobald das Relais in die Ansprechstellung geht. Falls im Augenblick dieses Vorganges das Relais 425 ebenfalls angesprochen ist und infolgedessen seinen beweglichen Kontakt 426 über den feststehenden Kontakt 427 mit dem Schrittschaltwerk und dem Registriergerät verbunden hat, wird ein Steuerimpuls durch den Steuerkreis geschickt, wodurch die Schreibstiftelektrode veranlaßt wird, einen Punkt auf dem Registrierstreifen aufzuzeichnen. Gleichzeitig wird das Schrittschaltwerk um einen Schritt weitergeschaltet, wie bei der Beschreibung des entsprechenden Arbeitsvorganges des in Fig. 2 dargestellten Systems erläutert worden ist. Falls jedoch im Augenblick des Ansprechens des Relais 415 das zweite Relais 425 nicht erregt ist, wie in Fig. 4 dargestellt, geht die Entladung des Kondensators 483 über einen Kurzschlußpfad 488, der einen Widerstand 490 enthält. Infolgedessen ist die Entladung jetzt hinsichtlich der Funktion des eigentlichen Steuerkreises unwirksam geworden. Damit der obenerwähnte Arbeitsvorgang mit Sicherheit vor sich geht, muß der Widerstand 490 im Vergleich zum Widerstand des Steuerkreises hochohmig sein. Nimmt man z. B. an, daß der Reihenwiderstand des Schrittschaltwerkes und des Registriergerätes innerhalb des Steuerkreises etwa 5000 Ohm beträgt müßte als Wert für den Widerstand 490 etwa 50 ooo Ohm gewählt werden.
Der Antriebsmotor 44I ist umsteuerbar. Seine Laufrichtung wird durch den Umschalter 459 bestimmt, der je nach seiner Stellung entweder die Leitung 485 oder 485' mit dem Relaiskontakt 427 verbindet. Ein zweiter Umschalter 449' ist, wie durch eine Strichpunktlinie angedeutet, mit dem Umschalter 459 gekoppelt.
Schalter 459' schaltet die Leitungen 429 hinsichtlich ihrer Verbindung mit dem Relais 425 um. Die Schalter 459 und 459' gestatten, die Betätigungsmittel 441 nach Belieben oder automatisch so einzustellen, daß sie nach der einen oder anderen Richtung arbeiten.
Es geht daraus hervor, daß trotz der Verschiedenartigkeit der Konstruktion des in Fig. 4 dargestellten Meßsystems, verglichen mit dem vorher beschriebenen System, die beiden Systeme hinsichtlich der Arbeitsweise der wesentlichen Merkmale der Erfindung einander ähnlich sind.
Fig. 5 zeigt als weiteres Beispiel ein System zur Steuerung eines Mechanismus in Abhängigkeit von zwei veränderlichen Spannungen. Das dargestellte System dient dazu, die kritischen Temperaturen von Stahl zu bestimmen, indem man ein ProbestückX mit einem Eichstück aus Porzellan oder einem ähnlichen Material, z. B. Nickel, vergleicht, das innerhalb des zu beobachtenden Temperaturbereichs eine kontinuierliche Temperaturänderung zeigt. Zwei Thermoelemente 511 und 5I2 dienen dazu, die Temperatur des Musters X bzw. des Eichstücks ST zu messen.
Beide Thermoelemente sind in Reihe mit den Klemmen eines potentiometrischen Widerstandes 513 und eines Relais 5I5 verbunden. Der bewegliche Kontakt 514 des Potentiometers ist an den zweiten Pol desselben Relais angeschlossen. Der Widerstand 513 ist in eine Anzahl von Stufen unterteilt, so daß der Kontakt 5I4 während seines Umlaufs den auf das Relais 5I5 einwirkenden Spannungsabfall stufenweise entsprechend der Unterteilung des Widerstandes 5I3 ändert. Das Potentiometer ist von kreisförmiger Ausführung, und die Welle 532 des Drehkontaktes 5I4 wird durch einen motorischen Antrieb 531 betätigt. Ein Elektromotor oder irgendein anderes motorisches Mittel kann für diesen Zweck verwandt werden.
Die soeben erwähnte Meß- und Relaisschaltung ist nicht von der ausgleichbaren Art, sondern arbeitet nach dem Schwellwert-Prinzip. Das heißt das Relais 5I5 beansprucht ein bestimmtes Mindestmaß an Spannung, um seinen beweglichen Kontakt 5I6 vom feststehenden Kontakt 5I5 auf den feststehenden Kontakt 5I8 umzulegen. Wenn eine zweckentsprechende Bewegungsrichtung des Kontaktes 5I4 angenommen wird, so liegt der Spannungsabfall innerhalb des Relais 5I5 unterhalb des Schwellen- oder Mindestwertes, wenn der Kontakt seinen Umlauf beginnt. Auf seiner Bewegungsbahn erreicht der Kontakt eine Widerstandsstufe des Widerstandes 5I3, bei der die Relaisspannung den Schwellenwert überschreitet. Infolgedessen spricht das Relais in diesem Augenblick an, da jetzt die Phasenstellung des Kontaktes dem Spannungsunterschied der Thermoelemente 511 und 5I2 entspricht. Die Widerstandsstufen des Widerstandes 5I3 werden am besten so bemessen, daß ihr Widerstandswert bei jedem der aufeinanderfolgenden Schritte auf dem Bewegungspfade des Kontaktes zunimmt. Ein umgekehrt hyperbolisches Anwachsen des Widerstandswertes der einzelnen Stufen ist besonders günstig.
Das Thermoelement 52I ist ferner direkt mit einem zweiten Potentiometerwiderstand 523 verbunden, dessen Schleifkontakt 524 in Reihe mit einem Relais 525 und einer Stromquelle 530 geschaltet ist, um eine Kompensationsspannung zu liefern. Die Anordnung ist derart, daß sie eine ausgleichbare potentiometrische Schaltung darstellt, so daß eine Stromumkehr in dem Zweig des Relais 525 stattfindet, wenn der Kontakt 524 einen Ausgleichspunkt durchwandert, dessen Stellung auf dem Widerstand 523 von der Höhe der durch das Thermoelement 521 zugeführten Spannung abhängt.
Der Kontakt 524 ist mit einer Schreibstiftelektrode 444 eines Registriergerätes verbunden, und beide werden mit Hilfe einer Schneckenwelle 542 mittels eines Schrittschaltwerkes 54I angetrieben. Das Trommelglied des Registriergerätes ist mit 545 bezeichnet.
Ein Entladekreis, der einen Kondensator 583, eine Stromquelle 58I und einen Widerstand 582 enthält, ist durch die Leitungen 584, 585 und 587 mit dem Registriergerät und dem Schrittschaltwerk über den beweglichen Kontakt 526 und den feststehenden Kontakt 527 des Relais 525 verbunden. Ein Kurzschlußpfad 588, der einen hochohmigen Widerstand 590 enthält, liegt dabei parallel zum Registriergerät und zum Schrittschaltwerk.
Mit dem Steuerkreis verbunden ist ferner auch ein Verzögerungsrelais 500> das in Reihe mit einem Drehumschalter 508 mit zwei Schaltstellungen angeordnet ist. In der abgebildeten Stellung ist das Relais 500 mit der Leitung 585 verbunden, um die Antriebsvorrichtung in einer Richtung zu betätigen. Die zweite Stellung des Schalters 508 verbindet das Relais 500 mit der Leitung 585', wodurch die Betätigungsrichtung der Vorrichtung 541 umgekehrt wird. Der Schalter 508 wird durch den Relaisanker 500' zusammen mit der Kupplung 509 und einem Antrieb 510 gesteuert. Die Arbeitsweise dieser Teile wird in einem späteren Absatz ausführlicher erläutert werden. Wenn vorerst angenommen wird, daß während eines gegebenen Zeitabschnitts die Kupplung 509 durch das Relais 500 in ausgerückter Stellung gehalten wird und der Schalter 508 sich in der abgebildeten Stellung in Ruhe befindet, so wird erkannt werden, daß die Funktionen des Steuerkreises und des Registriergerätes denen der entsprechenden Teile der anderen Patentverwirklichungen ähnlich sind, trotz der Tatsache, daß die veränderlichen Schaltungselemente Spannungen liefern, und zu Meßanordnungen verbunden sind, die von den vorher beschriebenen abweichen.
Das in Fig. 6 gezeigte System dient z. B. dazu, die relativen Größen der Temperatur und Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit zu bestimmen. Das auf die Temperatur ansprechende Steuersystem besteht aus einem Thermoelement 611, das eine veränderliche Spannung in Übereinstimmung mit den zu messenden Temperaturänderungen liefert. Die Fließgeschwindigkeit wird mit Hilfe eines Druckmessers 62I gemessen.
Das Thermoelement 611 liegt in einer ausgleichbaren potentiometrischen Schaltung, die den Potentiometerwiderstand 6I3 und seinen in Reihe mit einem Relais 6I5 und einer zur Lieferung der Kompensationsspannung dienenden Stromquelle 620 geschalteten beweglichen Kontakt 6I4 enthält.
Der Kontakt 6I4 ist an einem Halter 633 befestigt, der mit Hilfe einer durch einen geeigneten motorischen Antrieb 631 betätigten Übertragung 632 über dem Widerstand 6I3 periodisch hin und her bewegt wird.
Der Druckmesser 62I wird durch den beweglichen Kontakt 626 eines Differentialrelais 625 betätigt. Ein ebenfalls mit dem beweglichen Relaiskontakt 626 verbundener und durch eine Magnetspule 652 gesteuerter Anker 65I dient dazu, die Gegenkraft für die Betätigung des Relais zu liefern. Die Spule 652 liegt in einem Einstellstromkreis, der aus der Leitung 67I gespeist wird und zwei feste Widerstände 653 und 655 sowie ein veränderliches Impedanzglied 654 enthält, das z. B. aus einer veränderlichen Induktanz besteht.
Durch Verändern des effektiven Impedanzwertes des Gliedes 654 wird die Erregung der Spule 652 entsprechend geändert, so daß die Wirkung des Druckmessers bei einer Einstellung des Impedanzgliedes ausgeglichen wird, die die zu bestimmende Höhe des Druckes anzeigt. Man wird erkennen, daß die einen Druckmesser enthaltende Meßanordnung wieder ganz verschieden von allen vorher beschriebenen Anordnungen ist. In dem in Fig. 6 dargestellten System wird ein Ausgleich nicht innerhalb eines elektrischen Stromkreises herbeigeführt, sondern innerhalb eines mechanisch arbeitenden Relaismechanismus.
Diese Anordnung hat jedoch auch die Wirkung, ein Relais in einem Augenblick zu steuern, in dem eine eingestellte Programmgröße einer veränderlichen Steuergröße gleich wird, oder ein bestimmtes Verhältnis zu dieser Steuergröße einnimmt.
Der übrige Aufbau des in Fig. 6 dargestellten Systems ist im wesentlichen dem der vorher beschriebenen Systeme ähnlich. Die Antriebsmittel des Kontaktes 614 sind mit dem Antrieb 292 der Schreibstiftelektrode 644 eines Registriergerätes verbunden, während das Trommelglied 645 dieses Schreibwerkes mit Hilfe eines durch die Wellen 668 bzw. 666 mit der Trommel bzw. dem Impedanzglied verbundenen Schrittschaltwerkes 667 synchron mit dem einstellbaren Impedanzglied 654 betätigt wird.
Das Registriergerät ist in Fig. 6 in Seitenansicht dargestellt, so daß die periodische und schwingende Bewegung des Schreibstiftes 644 sich senkrecht zur Zeichnungsebene vollzieht. Die durch die Relais 6I5 und 625 gesteuerten Steuer- und Entladekreise enthalten einen Kondensator 683, eine Stromquelle 68I, einen Widerstand 682, einen Nebenschlußpfad 688 sowie die Leitungen 684, 685 und 688. Diese Teile sind miteinander mit dem Registriergerät und mit dem Schrittschaltwerk in ähnlicher Weise verbunden, wie die entsprechenden Teile der vorher besprochenen Systeme.
Bei der Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsarten ist der Einfachheit halber angenommen worden, daß die als Verbindungsglieder arbeitenden Betätigungsmittel aus einer schaltwerkähnlichen Vorrichtung bestehen, die den zugehörigen Potentiometerkontakt und die zugehörige Schreibstiftelektrode schrittweise fortschaltett jedesmal, wenn ein Impuls der Betätigungsvorrichtung zugeführt wird. Obgleich es hinsichtlich der Verwendungsart einiger auf der Erfindung aufgebauten Systeme möglich und vorteilhaft ist, die Betätigungsmittel direkt durch den aus dem Steuerkreis zugeführten Steuerimpuls zu erregen, wie z. B. in Fig. 6 (Teil 667) dargestellt, so ist es doch häufig erforderlich, mit verhältnismäßig schwachen Strömen im Steuerkreis zu arbeiten und verhältnismäßig hohe Drehkräfte zu steuern. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Betätigungsmittel mit einer Hilfsstromquelle zu versehen und den Steuerkreis nur dazu zu verwenden, die Wirkung dieser Stromquelle zu steuern. Ein Beispiel für diese Art ist in Fig. 7 dargestellt. Es wird angenommen, daß der dargestellte Mechanismus einen Teil des in Fig. 2 gezeigten Systems bildet und daß die Antriebsvorrichtung dazu dient, die den hin und her gehenden Halter 243 mit dem Potentiometerkontakt 224 und der Schreibstiftelektrode 244 tragende Schneckenwelle 242 in Drehung zu versetzen. Gemäß Fig. 7 wird die Welle 242 mit Hilfe eines Kegelradgetriebes 257 gedreht, das seiner seits durch das Zahnradgetriebe 258 angetrieben wird.
Das letztgenannte Getriebe wird durch ein Uhrwerk, einen Elektromotor oder irgendeine andere geeignete Hilfsenergiequelle betätigt. Mit dem Mechanismus gekuppelt ist ferner ein Zahnrad 259> das mit einem der Räder des Kegelradgetriebes im Eingriff steht und eine Scheibe 260 mit einer Kerbe trägt, in die eine Sperrklinke 256 eingreift. Eine mit den Leitungen 285 und 286 des Steuerkreises verbundene Magnetspule 255 dient dazu, nach Erregung durch einen Steuerimpuls die Sperrklinke auszurücken. Das Ausrücken der Sperrklinke gestattet der Scheibe 260 und dem Zahnrad 259 eine einzige, einem Fortschalteschritt des Potentiometerkontaktes entsprechende Umdrehung zu machen. Die zur Betätigung eines Relais dieser Art erforderliche Steuerenergie ist sehr niedrig, so daß die Abmessungen des Entladekreises in angemessenen Grenzen gehalten werden können.
Bei der Beschreibung des in den Fig. I, 2 und 3 dargestellten Systems ist im vorstehenden von der Annahme ausgegangen worden, daß der zu beobachtende Vorgang hinsichtlich der Richtung seiner Veränderung steuerbar ist und daß die langsamer arbeitende der beiden Meßanordnungen so eingestellt ist, daß ihre Fortschaltung in diesem. Richtungssinne erfolgt. Es ist jedoch auch Gegenstand der Erfindung, Systeme der hier beschriebenen Art zu schaffen, die in ihrer Arbeitsweise automatisch umsteuerbar sind, um auf Steuergrößen von veränderlicher Richtung anzusprechen. Die Mittel, die im Rahmen der Erfindung einen derartigen Arbeitsvorgang ermöglichen sollen, werden im nachstehenden näher erläutert.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten System z. B. ist es einleuchtend, daß das zyklisch arbeitende Potentiometer 2I3,2I4 und die zugehörige Meßvorrichtung das Relais 215 veranlassen, auf die durch das veränderliche Element 211 zu messende Augenblicksgröße anzusprechen, ganz gleich, ob die Größe zu- oder abnimmt, und trotz der Tatsache, daß der Drehsinn des Potentiometerkontaktes 214 gleichbleibt. Infolgedessen ist dieser Teil des Systems ohne weiteres in der Lage, auf Richtungsänderungen der Steuergröße richtig zu reagieren. Im Gegensatz dazu benötigt die zweite, das veränderliche Glied 22I enthaltende Meßvorrichtung zur Ausführung der gewünschten Meßfunktion eine Drehrichtung des Kontaktes, die von der Richtung abhängig ist, in der sich die zugehörige Steuergröße ändert. Falls die Größe die Richtung ihrer Änderung umkehrt, während das System in Betrieb ist, würde das unabhängig arbeitende Potentiometer 2I3, 2I4 zwar fortfahren, sein Relais 215 zu betätigen, aber die programmgemäß arbeitende Anordnung hielte ihr Relais 225 in der Ruhelage und würde daher aufhören zu arbeiten, bis die Größenänderung des Gliedes 22I wieder ihre ursprüngliche Richtung angenommen hat und bis sie den durch den Kontakt 224 vorgeschriebenen Programmwert erreicht hat.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß, um ein solches System umsteuerbar zu machen, es lediglich erforderlich ist, die letztgenannte Potentiometereinrichtung für automatische Umsteuerung ihrer Bewegungsrichtung zu konstruieren. Dies kann im Rahmen der Erfindung auf zwei verschiedene Arten erreicht werden. Die eine Möglichkeit besteht darin, die Betätigungsmittel dieses Potentiometers indirekt zu steuern, insbesondere durch eine zwangsläufig hervorgerufene Umkehr seiner Bewegungsrichtung, wenn das System aufhört, einwandfrei zu funktionieren. Der zweite Weg ist der, eine direkte Steuerung dadurch zu bewirken, daß die Bewegung unmittelbar durch die Richtungsänderungen der primären Steuergröße umgekehrt wird. Diese beiden Möglichkeiten der Erfindung werden im nachstehenden an Hand der Fig. 5, 8 und g erläutert.
Zurückkommend auf die Bauelemente 500, 508, 509, 5Io, 585, 585' und 54I des in Fig. 5 dargestellten Meßsystems, sollen die Konstruktion und Arbeitsweise dieser Teile jetzt im einzelnen näher erläutert werden.
Der Antrieb 5Io wird direkt proportional zur Zeit, z. B. durch einen Synchronmotor, ein Uhrwerk od. dgl., so betätigt, - daß der Drehumkehrschalter 508 in gegebenen Zwischenräumen umgelegt wird. Das heißt dieser Antrieb hat das Bestreben, in regelmäßigen Zwischenräumen die Bewegungsrichtung des Betätigungsgliedes 54I und der dadurch angetriebenen Kontaktkombination 524, 544 umzukehren. Der Schalter 508 wird jedoch nur dann umgelegt, wenn die Kupplung 509 im richtigen Augenblick eingerückt ist.
Solange die Kupplung ausgerückt ist, findet dagegen keine Umschaltung statt. Der mit einer Rückzugsfeder versehene Anker 500' veranlaßt die Kupplung 509, eine Antriebsverbindung zwischen dem Motor 510 und dem Schalter 508 herzustellen. Wenn der Anker wie in Fig. 5 gezeigt, durch das Relais 500 angezogen wird, rückt er die Kupplung 509 aus. Relais 500 ist ein Zeitrelais und hält daher nach jedem Ansprechen die Kupplung eine gewisse Zeit lang in ausgerückter Stellung. Die Zeitkonstante ist dabei so gewählt, daß die Abfallverzögerung mit Sicherheit länger ist als die längste Pause, die normalerweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Registriervorgängen, d. h. aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen des Steuerkreises, entsteht. Zum Zweck der Erläuterung ist der in Fig. 5 gezeigte Schalter 508 vereinfacht dargestellt.
Genauere Einzelheiten über diesen Schalter sind aus Fig. 8 zu ersehen, auf dem der Schalter 5o8 mit allen erforderlichen Kontakten und Verbindungen gezeigt wird. Der Schalter hat ein drehbares Kontaktglied E, das auf einer durch die Kupplung 509 (s. Fig. 5) gesteuerten Welle F angebracht ist. Das Glied E trägt eine Kontaktbrücke M, die in der einen Stellung die Kontakte H und I und in ihrer zweiten Stellung, d. h. um I80" in die Stellung M' gedreht, die Kontakte und 1' miteinander verbindet. Die Drehrichtung wird durch den Pfeil G angezeigt Die beiden Kontakte K und K' sind über eine Stromquelle L an eine Leitung 586 des Steuerkreises angeschlossen. Die Kontakte H und H' sind mit den Leitungen 585 bzw. 585' und die Kontaktelundl' mit dem Verzögerungsrelais 500 verbunden. Die Umsteuervorrichtung arbeitet wie folgt: Es soll von einem Augenblick ausgegangen werden, in dem eine anwachsende Meßgröße des Elementes 52I aufgezeichnet wird, während sich die Umsteuerelemente 500, 508, 509 und 500' in den abgebildeten Stellungen (s. Fig. 5 und 8) befinden und der Anker 500' infolge kürzlicher Erregung des Relais 500 noch in der Anzugsstellung ist. Jetzt entsteht, noch ehe die Verzögerungszeit des Ankers 500' abgelaufen ist, ein neuer Steuerimpuls im Steuerkreis und erregt Relais 500. Infolgedessen beginnt eine neue Verzögerungsperiode. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange die Meßgröße des Elementes 52I fortfährt anzuwachsen.
Dabei bleiben während der ganzen oben besprochenen Periode die Kupplung 509 ausgerückt und der Schalter 508 in Ruhe.
Angenommen, die Meßgröße des Elementes 52I hat ihren Spitzenwert erreicht und fängt an, abzunehmen.
In diesem Fall wird aus den vorstehend erläuterten Gründen kein Steuerimpuls durch den Steuerkreis gesandt werden. Nach Beendigung der Verzögerungszeit fällt der Anker 500 ab und veranlaßt die Kupplung 509, eine Antriebsverbindung zwischen dem Motor 5Ic und dem Schalter 508 herzustellen. Der nächste, durch den Antrieb gIo hervorgerufene Antriebsimpnls dreht dann den Schalter um I800 und legt dabei die Kontaktbrücke M in die Stellung M' (Fig. 8). In dieser Stellung ist die Leitung 585 abgeschaltet, während der Steuerkreis vom Relais 500 jetzt über die Leitung 585' zur Vorrichtung 54I führt. Das heißt die Bewegungsrichtung der Vorrichtung 54I ist jetzt umgekehrt. Vor Erreichung der Stellung M' stellt die Kontaktbrücke M eine kurzzeitige Verbindung zwischen den Kontakten K' und H' her und schließt dadurch die Stromquelle L an die Leitung 585' an. Der dabei durch die Vorrichtung 541 gesandte Erregerimpuls veranlaßt die Vorrichtung, um einen Schritt in der ihrer vorhergegangenen Bewegung entgegengesetzten Richtung weiterzuschalten. Infolge dieser Rückwärtsbewegung hält der Kontakt gleichen Schritt mit dem abnehmenden Wert der Meßgröße des Elementes 52I oder bewegt sich vielmehr zu einem Programmpunkt, der unterhalb dieser Größe liegt. Wenn nun die abnehmende Steuergröße den der neuen Stellung des Kontaktes 524 entsprechenden Ausgleichswert erreicht, gelangt ein Steuerimpuls durch den Steuerkreis und bewirkt, daß das Registriergerät einen Punkt aufzeichnet und daß das Schaltwerk 541 den Kontakt 524 sowie den Schreibstift 544 um eilen Schritt in der Richtung der Abnahme der Steuergröße weiterschaltet. Solange weitere Steuerimpulse in genügend schneller Aufeinanderfolge ausgesandt werden, bleibt wiederum die Kupplung 509 ausgerückt und der Schalter 508 in seiner Umkehrstellung. Falls die Impulse aufhören, tritt der Antrieb 510 in Tätigkeit und legt den Schalter 508 in seine Anfangsstellung zurück, indem er ihn um weitere I80" in Richtung des Pfeiles G dreht. Während dieser Drehbewegung wird eine kurzzeitige Verbindung zwischen den Kontakten K und H hergestellt, wodurch der Kontakt 524 veranlaßt wird, mit der Steuergröße in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben, gleichen Schritt zu halten, mit dem Unterschied, daß jetzt die Bewegung in umgekehrter Richtung erfolgt.
Die Stromquelle L könnte auch einen unterbrochenen Strom liefern, falls gewünscht wird daß der Kontakt 2I4 nach jeder Umkehr seiner Bewegungsrichtung mehr als einen Schritt fortschaltet. Der Umsteuerschalter 508 könnte auch mit dem Antrieb des Potentiometerkontaktes 514 gekuppelt sein, so daß ein besonderer Antriebsmotor entbehrlich ist und der mechanische Teil des Systems in einer Konstruktionseinheit zusammengefaßt wird. Es ist auch einleuchtend, daß andere Arten von Zeitrelais verwandt werden können oder daß die mechanisch betätigte Kupplung 509 durch eine elektrische Steuerung des Schalters ersetzt werden könnte, wobei der Relaisanker 500' dann als beweglicher Steuerkontakt benutzt werden würde.
Während die Systeme des soeben beschriebenen Typs auf Aufwärts- und Abwärtsbewegen der Steuergrößen ansprechen, machen sie es erforderlich, daß einige ihrer Konstruktionsteile innerhalb gewisser Grenzen zeitlich mit der erwarteten Änderungsgeschwindigkeit der Steuergrößen in Einklang gebracht werden oder umgekehrt. Diese Zeitanpassungsbedingungen können im allgemeinen erfüllt werden, wenn die zu beobachtenden Vorgänge langsam oder innerhalb bekannter oder regelbarer Grenzen ihrer Änderungsgeschwindigkeit stattfinden. Dies ist z. B. der Fall, wenn der Betrieb von Industrieöfen, Heizanlagen oder anderer wärmetechnischer Anlagen gesteuert oder registriert wird, die wegen ihrer Wärmekapazität sprunghafte Temperaturänderungen ausschließen. Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn der Arbeitsbedarf einer Fabrik oder die Energieleistung eines Kraftwerkes registriert werden oder wenn die Meßgrößen bei einer steuerbaren Prüfung, wie der in Anlehnung an Fig. I beschriebenen, ermittelt werden.
Wenn solchen Anforderungen nicht genügt werden kann oder wenn ein Meßsystem mit einem weiteren Bereich von zulässigen Änderungsgeschwindigkeiten gewünscht wird oder wenn das System auf sprunghafte Änderungen der Steuergrößen ansprechen soll, kann eine direkte Steuerung der Betriebsrichtung verwandt werden. Das in Fig. g gezeigte System ist ein Beispiel für eine derartige Steuerung.
Gemäß der Fig. 9 sind die beiden veränderlichen Steuerglieder 911 und 92I in je einer Brückenschaltung angeschlossen. Die erste dieser Schaltungen enthält das Glied 911 in Reihe mit einem konstanten Widerstand 912 und einem Schiebewiderstand 9I3, dessen beweglicher Kontakt 9I4 zusammen mit einem Relais 915 im Nullzweig 9I9 liegt. Der Kontakt 9I4 wird durch eine mit einer Registriertrommel 945 verbundenen Welle 932 gedreht. Die Registriertrommel ihrerseits wird durch einen über die Leitungen 972 aus der Leitung 97I gespeisten Synchronmotor 93I angetrieben. Infolgedessen rotieren Kontakt 914 und Trommel 945 periodisch synchron miteinander. Die zweite Brückenschaltung enthält das Glied 921 in Reihe mit einem festen Widerstand 922 und einem potentiometrischen Ausgleichswiderstand 923. Der bewegliche Potentiometerkontakt 924 ist mit einem im Nullzweig 929 liegenden Relais 925' verbunden und ist am Halter 943 einer Schreibstiftelektrode 944 angebracht. Kontakt 924 und Schreibstiftelektrode 944 werden durch eine Schneckenwelle 942 hin und her bewegt, die durch einen ebenfalls aus der Leitung 97I gespeisten umsteuerbaren Motor 94I angetrieben wird.
Die Leitung 97I speist auch die beiden Meßbrücken über die Leitungen 974, 977 und 978.
Die Konstruktion und die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Systems ähnelt denen der in Fig. 2 dargestellten entsprechenden Teile mit dem wesentlichen Unterschied, daß der Widerstand 923 nicht notwendigerweise in Stufen eingeteilt zu sein braucht und daß der durch den Motor 941 bewirkte Antrieb nicht auf jeweils einen Schritt begrenzt wird, sondern in einem kontinuierlichen oder unterbrochenen Arbeitsvorgang den ganzen Bewegung pfad überstreicht. Der Motor 94I wird durch den Anker 926' im Zusammenwirken mit den feststehenden Kontakten 927' und 928' des Relais 925' gesteuert.
Der Motor 94I dreht in seiner Richtung, wenn der Kontakt 926', wie dargestellt, auf dem Kontakt 927' aufliegt und in der entgegengesetzten Richtung, wenn der Kontakt 926' auf den Kontakt 928' umgelegt wird.
Der Motor 94I ist in Ruhe, wenn der Kontakt 926' in der Mittelstellung steht, d. h. wenn die. Brücke ausgeglichen und der Nullzweig 929 stromlos ist. Das zu diesem Zweck benutzte Relais 925' ist polarisiert und hat drei Stellungen.
Wenn die Einrichtung in Betrieb ist, steht der Relaisanker 926' in einer neutralen Stellung und bleibt der Kontaktsatz 924, 943> 944 in Ruhe, solange die Stellung des Kont akt satzes der vom Widerstandsglied 92I zugeführten Steuergröße entspricht. Wenn die Größe sich ändert, entnimmt der Nullzweig 929 Strom aus der einen oder anderen Richtung und bewirkt, daß das Relais 925' den Motor 94I entweder über den Kontakt 927' oder den Kontakt 928' einschaltet. Der Motor 941 führt jetzt eine Nacheilbewegung aus, mit dem Ziel, den Ausgleichszustand der Brückenschaltung wieder herzustellen. Infolgedessen hat diese Vorrichtung immer das Bestreben, den Schreib stift 944 in einer auf Ausgleich entsprechenden Stellung zu halten, in der der nachstehend beschriebene Steuerkreis in der Lage ist, auf das Relais 9I5 des Potentiometerkontaktes 9I4 anzusprechen. Der an die Kontakte 9I6, 9I7 und 9I8 des Relais 9I5 angeschlossene Steuerkreis ist vereinigt mit einem kapazitiven Entladekreis 981, 982> 983, ähnlich wie bei den früher beschriebenen Ausführungsarten, und führt über die Leitungen 984, 986 und 987 durch den Kontaktsatz 926, 927> 928 eines Relais 925 und die Elektrodenglieder 944 und 945 des Schreibwerkes.
Das Relais 925 liegt in einem Stromkreis, der eine Stromquelle 970 und einen durch den Anker 926' gesteuerten Kontaktgeber 960 enthält. Dieser Stromkreis ist geschlossen, wenn sich der Anker 926' in der auf Ausgleich reagierenden, d. h. neutralen Stellung befindet und geöffnet, wenn der Anker 926' auf einem der beiden Kontakte 927' oder 928' aufliegt. Das Relais 925 ist vorzugsweise ein Verzögerungsrelais, so daß nach jedem Ansprechen der Kontakt 926 eine gewisse Zeit lang auf dem Kontakt 927 liegenbleibt.
Diese Verzögerungszeit ist vorzugsweise länger als die Dauer einer vollen Umlaufbewegung des Kontaktes 914. Wenn der Anker 926 in der in den Zeichnungen gezeigten Ruhestellung ist, werden die Steuerleitungen 984 und 987 durch einen Nebenschlußpfad 988, 990 überbrückt, um eine Entladung des Kondensators durch das Schreibwerk zu verhindern.
Der Antriebsmotor einer Zeitmarkierungsvorrichtung ist mit 96I bezeichnet. Der Motor wird über die Leitungen 965 aus der Leitung 97I gespeist und dreht eine Nockenscheibe 963 direkt proportional zur Zeit.
Der Nocken steuert einen Kontakt 980 intermittierend in gleichen Zeitabschnitten und bewirkt dadurch, daß ein kapazitiver Hilfsstromkreis 98I', 982', 983' abwechselnd aufgeladen und entladen wird. Die Entladung geht über die Leitungen 986' und 987 in den Steuerkreis und die Schreibwerkglieder 944 und 945.
Infolgedessen wird über der Kurve eine Anzahl von Zeitmarkierungen aufgezeichnet, wie im nachstehenden eingehender erläutert werden wird.
Wenn die Einrichtung in Betrieb ist, befindet sich der Schreibstift 944 gewöhnlich in der Ausgleichsstellung, der Kontaktgeber 960 ist geschlossen und der Kontakt 926 liegt auf dem Kontakt 927. Sobald der periodisch arbeitende Potentiometerkontakt 9I4 durch den Ausgleichspunkt hindurchgeht, legt das Relais 9I5 den beweglichen Kontakt 9I8 um und bewirkt dadurch eine Entladung des Kondensators 983 über 984, 926, 927, 986, 945, 944 und 987. Hierdurch wird der Schreibstift 944 veranlaßt, auf einem auf elektrische Entladungen reagierenden, auf der Trommelelektrode 945 angebrachten Registrierstreifen einen Punkt aufzuzeichnen. Wenn das Relais 9I5 anspricht, während der Kontakt 944 gerade seine Nacheilbewegung ausführt, ist der Kontaktgeber 960 geöffnet und das Relais 925 wahrscheinlich bereits abgefallen. Wenn dies der Fall ist, wird die Entladung des Kondensators bei 926, 927 über den Pfad 988, 990 umgeleitet und bleibt ohne Wirkung auf das Schreibwerk.
Die sich ergebende Aufzeichnung, wie in Fig. 10 gezeigt, erscheint auf dem Registrierstreifen 905 als eine Reihe von Punkten 906, die eine Kurve bilden, die die von den Widerstandsgliedern 911 und 92I zugeführten beiden veränderlichen Meßgrößen anzeigt. Da die Zeitmarkierungseinrichtung mit denselben Schreibwerkselektroden verbunden ist, erscheinen die Zeitmarkierungen über oder in unmittelbarer Nähe der aufgezeichneten Kurve und geben daher direkt die Korrolation der Zeitmarken zu den entsprechenden Kurvenpunkten an. Der Entladekreis der Zeitmarkierungsvorrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, daß er eine höhere Elektrodenspannung bzw. einen höheren Elektrodenstrom liefert als der andere Entladekreis, damit die Zeitmarkierungspunkte 907 durch ihren größeren Durchmesser deutlich von den Kurvenpunkten unterschieden werden können.
Die Anwendung einer Nachteilmethode in einer der beiden Meßvorrichtungen eines Systems gemäß Fig. g hat den Vorteil, daß sie sich ohne weiteres dazu eignet, durch schnell sich ändernde oder sprunghafte Vorgänge gesteuert zu werden. Eines ihrer Merkmale ist auch, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des periodisch arbeitenden Potentiometers in hohem Maße unabhängig ist von der Funktion der Nacheilvorrichtung und innerhalb weiter Grenzen verändert werden kann. Es kann z. B. ein verhältnismäßig langsam arbeitender Potentiometerantrieb verwandt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Steuerung einer Registriereinrichtung in Abhängigkeit der Funktion zweier veränderlicher elektrischer oder elektrisch darstellbarer Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Meßwerte einer Vergleichsanordnung (Brücken, -Schwellwertabgleich) zugeführt wird und beim Erreichen bzw. Durchschreiten des Abgleichspunktes bei jeder Vergleichsanordnung Schalteinrichtungen (elektromagnetische oder elektronische Relais) zwecks Einleitung der Registrierungwirksam werden bei schaltungstechnischerAbhängigkeit der Schalteinrichtungen untereinander.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustandekommen des Steuerstromkreises für die Registriereinrichtung abhängig von dem Ansprechen beider unter dem Einfluß des Abgleiches der Meßwerte stehenden Relais ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des einen Meßwertes mit einem Vergleichswert fortlaufend selbsttätig durchgeführt wird (umlaufendes Potentiometer) während der Vergleich des anderen Meßwertes mit einem Vergleichswert schrittweise in Abhängigkeit von Änderungen dieses Meßwertes und des jeweils erfolgten Vergleichs des ersten Meßwertes durchgeführt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des anderen Meßwertes mit einem Vergleichswert kontinuierlich erfolgt durch Anwendung von den Änderungen dieses Meßwertes nachlaufenden Abgleichseinrichtungen (Nullmotor).
5. Vorrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Funktion der beiden Meßwerte zusätzliche Zeitmarkierungen dem Kurvenzug dieser Funktion eingefügt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vergleichsanordnungen rotierende Potentiometer bzw. durch Schrittschaltwerke veränderte Impedanzen verwendet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Relaiskontakte fließenden Ströme lediglich zur Registrierung dienen bei Entnahme der Fortschalteenergie für die Registriereinrichtung aus besonderen Speisestromkreisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung hin und her gehender Vergleichsorgane (Potentiometer) bei Erreichen der Endstellungen jeweils selbsttätig eine Richtungsumkehr für sämtliche dem Abgleich und der Registrierung dienende bewegliche Organe herbeigeführt wird.