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Fernmeßverfahren Zur Fernübertragung von Meßgräßen ist neben den sogenannten
Intensitätsverfahren., bei denen die Intensität, d. h. :die Größe einer Spannung
oder eines Stromes, als Hilfsgröße für die Übertragung des eigentlichen Meßwertes
benutzt wird, der zu diesem Z1@"e.ck in diese Hilfsgröße umgeformt wird, und neben
den sogenannten Impulsverfahren, bei denen die Übertragung des Meß.-,vertes in Form
von Stromimpulsen einer für die Meßgröße kennzeichnenden Eigenschaft, z. B. der
Dauer oder ä:er Zahl, erfolgt, vereinzelt auch,das Frequenzverfahren angewendet
worden, bei ,dem die Übertragung .des eigentlichen Meßwertesdurch die kennzeichnende
Größe einer Wechsedstromfrequenz geschieht.
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Dies letzte Verfahren hat an sich übertragungstechnisch einen besonderen
Vorteil, den es mit dem sogenannt@en Impulsfrequenzverfahren teilt, nämlich den,
daß die Frequenz eine Größe ist, ,die durch irgendwelche Einflüsse weder gestört
noch bei der Übertragung verändert werden kann. Wähnend z. B. bei den Intensitätsverfahreneine
Änderung des Lei.-tungswiderstarndes, z. B. infolge veränderlicher Temperatur, im
allgemeinen die Übertragung be-
einträchtigt und damit Fehler verursacht,
wenn nicht das Übertragungsverfahren als solches besonders gegen solche Einbüsse
gesichert ist, oder während z. B. beim Impuls-zeitverfahren Meßfehler durch Zwischenglieder,
z. B. zwischengeschaltete Relais., verursacht werden kön!nen, die Impulswerzerrungen
hervorrufen, ist die Frequenz als ein Verhältn.isiwert, nämlich Zahl durch Zeit,
gegen solche Einflüsse vollständig unempfindlich.
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Die Frequenz eines Wechselstromes bedeutet ja die Zahl der Perioden
in der Zeiteinheit. Die Zahl
.der Perioden ist genau so wie -die
Zeit selbst eine absolute Größe, die bei der Übertragung nicht geändert werden kann.
Solange also die Empfangseinrichtung in. der Lage ist, die Wechselstromgröße selbst
mit genügender Amplitude zu empfangen, solange läßt sich auch .ihre Frequenz völlig
eindeutig bestimmen, ohne daß :dabei Ampl.itudenschwankungen u.,dgl. den geringsten;
Einfluß haben, wenn nicht .die untere für den Empfang unterschritten wird.
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Diesem grundsätzlichen Vorteil des Frequenzverfahrens stehen auch
eine Reihe von Nachteilen gegenüber, die man zum Teil erst in der letzten Zeit zu
überwinden gelernt hat. Die Schwierigkeiten; bei der Erzeugung .der der Meßgröße
entsprechenden, veränderlichen Wechselstromfrequenz und ihrer Verwertung für die
Anzeige lassen sich durch geeignete Geber- und Empfangseinrichtungen überwinden.
Es bleibt der Nachteil; daß die Übertragung einer veränderlichen Wechselstromfrequenz
an die Übertragungsleitung oder, allgemeiner gesprochen, ,an .den Übertragungskanat
besonders hohe Anforderungen stellt, da diese für einen erheblichen Frequenzbereich
ausgelegt sein müssen.
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Die Erfindung bezweckt eine passende Wahl der Übertragungsfrequenz,
damit einerseits: die frequenzmäßdbe Beanspruchung des Übertragungskanals möglichst
klein wird und andererseits die Anforderungen an die Frequenzkonstanz möglichst
klein werden.
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Erfindungsgemäß wird der Frequenzbereich zur Übertragung einer Meßgröße
durch eine Wechselstromgröße veränderlicher Frequenz so gewählt, daß der gesamteFrequenzbereich
unterhalb der normalen Netzfrequenz (5o Hertz) liegt und daß das Verhältnis zwischen
Größt-,vert und Kleinstwert an den Grenzen des gesamten Frequenzbereiches etwas
kleiner als Zwei ist und @daß ferner die für d'ieÜbertragung des Meßwertes Null
erforderliche übertragungsfrequenz (Nullfrequenz) in einem einfachen Verhältnis
zur Netzfrequenz steht, vorzugsweise die Hälfte oder ein Drittdl .der Netzfrequenz
beträgt.
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Während man bisher verhältnismäßig hohe Frequenzen in :der Größenordnung
von mindestens einigen, hundert Hertz zur Übertragung benutzt hat, wird nach der
Erfindung.: der Frequenzbereich an .die untere Grenze des Tonfrequenzbereiches gelegt,
und zwar noch unter die normale Netzfrequenz. Dies hat den. Zweck, Störungen durch
die Netzfrequenz selbst zu vermeiden, denn die Übertragungsleitungen unterliegen
häufig einer Beeinflussung durch das Starkstromnetz selbst, so daß in ihnen,StörspannungenderNetzfrequenz
induziert werden. Diese Störspannungen liegen bei der getroffenen Frequenzwahl außerhalb
:des benutzten Frequenzbereiches, und. die Übertragung kann deswegen, leicht für
diese Störspannungen unempfindlich gemacht werden.
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Die Beschränkung des Frequenzbereiches auf ein Verhälfinns der größten
und der kleinsten*Frequenz an den Grenzen des ,benutzten Frequenzbereiches hat den
Zweck, die Übertragung gegen Störungen aus d er Übertragungseinrichtung selbst zu
schützen. Durch zwischenliegende Verstärker, die zu stark ausgesteuert werden, oder
durch andere nichtlineare Glieder können nichtlineare Verzerrungen hervorgerufen
werden, d. h. es entstehen Oberwellen der Übertragungsspannung, also z. B. die zweite
Harmonische. Auch in: dem Fall, daß die Übertragungsfrequenz gerade ihren Kleinstwert
hat, weil der Meßwert zufällig die entsprechende Größe hat, liegt die zweite Harmonische,,
also d ie doppelte Frequenz, beider angegebenen Frequenzbeschränkung nicht mehr
innerhalb des benutzten Frequenzbereiches, ist also leicht durch Aussiehung zu beseitigen.
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Für die Übertragung der Meßgröße Null muß beim Frequenzverfahren bereits
eine. bestimmte Frequenz benutzt werden, da der Empfang nur in einem endlichen Frequenzbereich,
nicht aber von der Frequenz Null ab möglich ist. Diese für die Übertragung :des
Meßwertes Null benutzte Frequenz, die Nullfrequenz, wird je mach :dem gewünschten
Meßbereich zu legen: sein, bei der Übertragung von Meßwerten nur eines Vorzeichens
an die eine Grenze des Meßbereiches; bei der Übertragung von Meßwerten wechselnden
Vorzeichens in die Mitte desi benutzten Frequenzbereiches, so daß positive Meßwerte
z. B. durch Frequenzen in dem halben Frequenzbereich oberha,lb Ader Nullfrequenz,
Meß-,verte mit negativem Vorzeichen: dagegen, durch Frequenzen in der unteren Hälfte
des Frequenzbereiches vertreten sind.
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Diese Nullfrequenz wird nach der Erfindung zweckmäßigerweise in ein
einfaches Verhältnis zur Netzfrequenz gebracht, also z. B. auf die Hälfte oder das
Drittel der Netzfrequenz festgelegt. Dies hat verschiedene Vorteile. Einmal kann
die Nullfrequenz leicht durch Frequenzteilung aus der Netzfrequenz hergestellt werden
oder, wenn dies nicht der Falil ist, kann sie leicht mit der im allgemeinen sehr
gutkonstanten Netzfrequenz auf ihren richtigen Wert kontrolliert werden, da sich
z. B. beii der Benutzung einer Braunscben Röhre bei ganzzahligem Frequenzverhäl:tnis
der beiden Ablenkspannung#en. Lisseajoussche Figuren ergeben. Auf diese oder auf
eine ähnliche Weise kann die richtige Einstellung -der' Nullfrequenz bei Sender
und Empfänger leicht kontrolliert werden. Der richtige Wert der Nullfrequenz ist
aber sehr wesentlich, da bei einer Verschiebung der Nullfrequenz ein Meßfeh :ler
auftritt, der sich in einer Verschiebung des Nullpunktes bemerkbar macht und zu
einer Fehlanzeige führt, die um so größer ist, je größer die aufgetretene Frequenzverschiebung
im Verhältnis zum ganzen Frequenzbereich liegt.
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Gerade dies Über ist auch ein maßgebender Grund für die Wahldes Frequenzbereiches,
der zweckmäßigerwei.se nicht allzu kleingemacht wird. Nach dem vorhergesagten soll
der Frequenzbereich zwar :das Verhältnis i : 2 nicht überschreiten, aus Fehlergründen
soll er aber auch nicht dieses Verhältnis wesentlich unterschreiten. Ist z. B. die
Nullfrequenz auf die Hälfte der Netzfrequenz, z. B. 25 Hertz, festgelegt, :der Frequenzbereich
bei Meßwerten wechselnden Vorzeichens auf ± 7,5 Hertz festgelegt, so. bedeutet eine
Veränderung
der Nullfrequenz um i °/o bereits eine Ändederungder
Anzeige um 3 %, da 0,25 Hertz 3 % der gesamten Frequenzänderung von ± 7,5 Hertz
sind. Würde man -den, Frequenzhereich dagegen nur ein Drittele so. groß machen,
d. h. ± 2,5 Hertz Frequenzversch.iebung zulassen., so würde eine Änderung .der Nullfrequenz
-um i °/o, also 0,25 Hertz, bereits i o % des Meßbereiches ausmachen.
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Die getroffene Frequenz-,vahl hat eine außerordentlich geringe frequenzmäßige
Beanspruchung -des Übertragungskanals zur Folge, da sich Frequenzen in dem angegebenen
Bereich ohne weiteres statt einer impulsmäßigen Tastung mit :dien normalen Mitteln
der Wechselstrommehrfachtelegraphie, insbesondere deren Filtern und sonstigen Übertragungseinrichtungen.,
übertragen. lassen. Andererseits ist die Frequenzwahl aber auch nicht so ungünstig
getroffen, daß die normalen Verstärker Schwierigkeiten beider Übertragung dieser
'ATechselstromfrequenzen machen würden.
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Mit welchen Mitteln die V4rechselstromgröße der für den Meß:wert kennzeichnenden
Frequenz übertragen wird, spielt .an sich keine Rolle. Die Frequenz kann im einfachsten
Falle unmittelbar auf der Leitung übertragen werden, sie kann als Modulationsfrequenz
eines ton.- oder hochfrequenten Trägers übertragen werden, wozu alle in der Fernmeldetechnik
üblichen und bekannten Mittel verwendbar sind.