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Verfahren und Anordnung zur Fernübertragung von Meßgrößen Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren und Anordnungen zur Fernübertragung von Meßgrößen. Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mit einer der Meßgröße entsprechenden
elektrischen Größe die Zeitdauer der Sendung eines Schwingungserzeugers zu steuern;
zu diesem Zweck kann z. B. die Modulation des Schwingungserzeugers ein- und ausgeschaltet
werden oder der Ausgang für die Weitergabe der Energie. Hierbei können alle beliebigen
Meßgrößen übertragen werden, soweit es möglich ist, sie in elektrische Größen umzuwandeln.
Wenn die Meßgrößen als elektrische Größen selbst vorliegen, z. B. als Spannungswerte,
so ist natürlich eine Umwandlung nicht mehr notwendig, es sei denn, daß aus anderen
Gründen, z. B. bei verhältnismäßig hohem Spannungswechsel, eine Gleichrichtung der
Meßspannung vorgenommen wird. Zweckmäßig wird dabei gemäß der Erfindung so vorgegangen,
daß der Schwingungserzeuger zusätzlich rhythmisch unterbrochen wird. Die Unterbrechungen
erfolgen dabei vorteilhaft mit konstanter Frequenz. Eine solche Steuerung hat den
besonderen Vorteil, daß die Meßgrößen akustisch kontrolliert werden können, indem
sie als Zeichen nach Art der Telegrafiezeichen akustisch wahrnehmbar sind; dabei
entspricht bei konstanter Unterbrechungsfrequenz die Zahl der Zeichen der Zeit der
Sendung; da die Sendezeit proportional der Meßgröße ist, ist auch die Zahl der Zeichen
proportional der Meßgröße; vorteilhaft sind dabei lineare Beziehungen vorgesehen.
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Für die Ausübung des neuen Verfahrens wird gemäß der weiteren Erfindung
eine Anordnung vorgeschlagen, die einen Kondensator aufweist, der rhythmisch
auf-
und entladen wird; wobei die Entladung über eine Röhre erfolgt, welche durch eine
der Meßgröße entsprechenden elektrischen Größe den Entladevorgang steuert, und ferner
einen Schwingungserzeuger aufweist, der bis zu einer bestimmten Entladespannung
arbeitet; dabei kann die untere Grenze bei Null liegen. Für die Erzeugung der rhythmischen
Aufladung des Kondensators wird eine entsprechend ausgebildete Schaltwalze vorgesehen;
die rhythmische Unterbrechung des Schwingungserzeugers erfolgt zweckmäßig über eine
ähnlich ausgebildete Schaltwalze; dabei werden die beiden Schaltwalzen zweckmäßig
zwangsläufig gekuppelt. Die Steuerung des Schwingungserzeugers durch die Kondensatorspannung
erfolgt vorteilhaft über eine relaisartige Vorrichtung, z. B. über ein Steuerrohr
oder auch über ein Relais mit Kontakten.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden an Hand der Fig. i bis
3 beispielsweise erläutert.
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Der Kondensator C ist an eine konstante Spannung zwischen den Klemmen
a und b anschaltbar; dabei wird die Spannung über den Vorschaltwiderstand
W1 und die Kontaktwalze K1 mit dem Kontaktsegment S zugeführt. Der Vorschaltwiderstand
dient in erster Linie der Funkenlöschung gegenüber dem Walzenkontakt und wird vorteilhaft
in Abhängigkeit von der Ladezeit des Kondensators, die durch die Länge des Segmentes
S und die Drehzahl der Schaltwalze bestimmt ist, so gewählt, daß der Kondensator
C am Ende des Aufladevorgangs die volle Ladespannung besitzt, welche zwischen den
Klemmen a und b
herrscht. Die Schaltwalze K1 wird durch einen Motor
mit konstanter Drehzahl angetrieben, so daß also der Kondensator in regelmäßigen
Abständen kurzzeitig an seine Ladespannung gelegt wird. Die Hauptentladung des Kondensators
erfolgt über das Entladerohr Rk, dessen Anodenspannung durch das Segment gesteuert
wird; dieses Rohr ist ein Mehrgitterrohr mit Schirmgitter, dessen Schirmgitterspannung
über den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen W2 und W3, so eingestellt
ist, daß die Entladung bei konstanter Gitterspannung zeitproportional erfolgt. Durch
den regelbaren Widerstand W4 kann die Ansprechempfindlichkeit eingestellt werden.
Die Entladung des Kondensators C ist abhängig vom Innenwiderstand des Entladerohres
R1 und damit von der Gittervorspannung. Die Entladung wird von -der Meßspannung
gesteuert, welche an den Klemmen c und d angelegt wird. Der Kondensator C entladet
sich um so schneller, je positiver die an dem Gitter liegende Spannung ist. Mit
der- angelegten Meßspannung kann daher die Entladung des Kondensators C gesteuert
werden. Die an dem Kondensator jeweils herrschende Spannung führt über einen Spannungsteiler,
bestehend aus den Widerständen W5 und Ws, zum Gitter eines Steuerrohres R2, das
als Kathodenverstärker mit dem Kathodenwiderstand W7 geschaltet ist. Diesem Steuerrohr
-wird die Anodenspannung über eine zweite Kontaktwalze K2 mit den Kontaktsegmenten
S1 zugeführt, so daß die Anodenspannung mit der Drehung der Kontaktwalze fortlaufend
kurzzeitig angeschlossen und abgetrennt wird. Die Kontakte werden zweckmäßig gleichärtig
ausgebildet und vorzugsweise in gleichen Abständen auf der Schaltwalze angeordnet,
so daß die Unterbrechung und Anschaltung der Anodenspannung in regelmäßigen Abständen
erfolgt. In dem Beispiel sind fünf solcher Segmente für die periodische Unterbrechung
der Anodenspannung vorgesehen und außerdem noch ein weiteres Segment S2, dessen
Bedeutung weiter unten noch näher beschrieben wird. Es genügt hier, einstweilen
festzustellen; daß die Kontaktwalze K2 eine periodische Unterbrechung der Anodenspannung
der Steuerröhre R2 bewirkt und diese Röhre dann außer Betrieb setzt. Der durch die
Röhre R2 beim Arbeiten dieser Röhre fließende Strom erzeugt an dem Kathodenwiderstand
W, einen Spannungsabfall, der auf das Gitter eines Senderohres R3 einwirkt. Dieses
Gitter ist gleichzeitig durch ,eine besondere Spannungsquelle B so weit negativ
vorgespannt, daß das Senderohr R3 nicht schwingt. Wenn aber die am Widerstand W,
entstehende Spannung so groß ist, daß sie die Gegenspannung der Batterie B um einen
bestimmten Wert verringert, so fängt dieses Rohr an zu schwingen. Das Schwingen
dieses Rohres ist also über den Widerstand W, und den Spannungsteiler, bestehend
aus den Widerständen W5 und Ws, von der Entladung des Kondensators C und diese wiederum
von der an die Klemmen c und d angelegten Meßspannung abhängig. Wenn die Meßspannung
die Gitterspannung negativer macht, entladet sich der Kondensator C nach der Aufladung
langsamer, so daß auch die Gegenspannung B längere Zeit unwirksam ist und dementsprechend
auch das Rohr R3 länger schwingt. Der Sender schwingt also dann beispielsweise bis
kurz vor der erneuten Aufladung des Kondensators C. Wenn das Gitter des Entladerohres
R1 weniger negativ ist, weil auch die Meßspannung geringer ist, so entladet sich
der Kondensator schneller, so daß auch der Sender eine kürzere Zeit schwingt. Es
können also in Abhängigkeit von der Meßspannung längere oder kürzere Zeichen (Striche)
übertragen werden, wenn z. B. die hier unterbrechbar dargestellte Anodenspannung
für das Rohr R2 nicht unterbrochen wird. Diese Zeichen können an sich schon als
Maß für die Meßspannung und damit der dieser Spannung entsprechenden Größe dienen;
wegen der dabei für die Auswertung erforderlichen Zeitbestimmung für die Strichlängen
ist hier Vorsorge dafür getroffen, diese Zeitbestimmung auszuschalten, und zwar
dadurch, daß die Strichlänge in Teilstrecken aufgelöst wird. Die Zahl der Teilstrecken
ist dabei proportional der Strichlänge. Diese Teilstrecken werden nun durch die
vorher beschriebene Kontaktwalze K2 erzeugt, welche die Anodenspannung des Steuerrohres
R2 unterbricht, indem sie zwangsläufig -mit der ersten Kontaktwalze Ki verbunden
ist und ebenfalls durch den Motor M kontinuierlich gedreht wird. Dabei ist die Kontaktgabe
der beiden Walzen noch in besonderer Weise aufeinander abgestimmt; die Segmente
S1 auf der Kontaktwalze K2, welche die periodische Unterbrechung der Steuerröhre
bewirken, sind so angeordnet, daß die Unterbrechungsfunktion sofort dann einsetzt,
wenn der Kondensator C über das Segment S an der Kontaktwalze K1 aufgeladen ist.
Während
-des Aufladevorgangs entsteht also indem Schwingungszustand
des Senders R3 eine Pause, welche die verschiedenen Signale für die verschiedenen
Meßgrößen trennt. Diese Pause braucht aber trotzdem nicht unbenutzt zu bleiben,
sie kann vielmehr durch ein besonderes Rufzeichen oder dergleichen ausgefüllt sein,
das über das Segment S2 gegeben werden kann, welches beispielsweise doppelt oder
noch länger ausgebildet ist als die Segmente S1 und damit das Steuerrohr R3 länger
betriebsbereit hält. Dieses Zeichen ist natürlich unabhängig von der Meßgröße und
kann auch aufgeteilt sein in Einzelzeichen Punkt - Strich, indem das einheitliche
Segment S2 aus einem kurzen Segment und einem längeren Segment besteht. Zum besseren
Verständnis der Wirkungsweise soll das Zusammenarbeiten der einzelnen Elemente der
Anordnung zusammenfassend beschrieben werden. Sobald der Kondensator C mit der Drehung
der Kontaktwalze K, aufgeladen ist, erfolgt eine mehr oder weniger schnelle Entladung
über das Rohr R1 entsprechend der angelegten Spannung an den Klemmen c und d. Dementsprechend
nimmt auch der Spannungsabfall an dem Kathodenwiderstand W, mehr oder weniger schnell
ab; in Abhängigkeit davon wird die Sendung der Röhre R3 eingeschaltet und die Zeitdauer
gesteuert. In der Zeit, während sich der Kondensator entlädt und bevor er durch
das Segment S auf der Kontaktwalze K1 erneut wieder aufgeladen ist, wird durch die
Segmente S1 auf der Kontaktwalze K2 das Rohr R2 periodisch unterbrochen, d. h. daß
die Schwingungen des Senders R3 entsprechend dieser Periode zerhackt werden. Während
also ohne diese Unterbrechung beispielsweise ein Ton gleicher Höhe und gleicher
Frequenz gehört wurde, wird dieser Ton laufend unterbrochen. Damit erzeugt der Sender
Zeichen nach Art von Telegrafiezeichen. Das Senderohr schwingt nun um so länger,
je größer die angelegte Meßspannung ist, so daß also die Zahl der Zeichen ein Maß
für die Meßspannung ist. Im vorliegenden Falle können bei der angegebenen Kontaktanordnung
für die Kontaktwalze K2 maximal nur fünf Unterbrechungen erzeugt werden, so daß
also die maximale Meßspannung fünf Zeichen erzeugt und dementsprechend die kleineren
Meßspannungen weniger Zeichen. Die Zahl der Zeichen kann natürlich durch entsprechende
Ausbildung der Kontaktwalze K2 vergrößert werden. Sonst kann aber auch ein besonderer
Umschalter vorgesehen sein, der die Kontaktwalze K2 auf eine andere Zerhackerfrequenz
umschaltet und die Empfindlichkeit im Eingangskreis ändert. Wenn dieser Umschalter
z. B. eine Empfindlichkeitsänderung von i : io hervorruft, so wird der Meßbereich
entsprechend vergrößert und ist aus der unterschiedlichen Zeichengebung erkenntlich.
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Der Spannungsteiler mit den Widerständen W5 und W, ist so hochohmig,
daß eine Entladung des Kondensators über diese Widerstände vernachlässigbar klein
ist. Die beiden Kontaktwalzen K1 und K2 können in der praktischen Ausführung auf
derselben Welle unmittelbar nebeneinander in Form von schmalen Scheiben angeordnet
sein oder auch aus einer einzigen Zylinderwalze bestehen. Wenn in der Röhre R3 beim
Einsetzen der Schwingungen kein Gitterstrom fließt, so ist es möglich, die Gittervorspannung
unmittelbar an dem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen W, und W6, abzugreifen,
so daß dann das Steuerrohr R2 überflüssig ist. Dabei kann die Schaltung des Senderohres
R3 über ein gewöhnliches Relais erfolgen, welches von dem Spannungsteiler; bestehend
aus den Widerständen W, und Ws, betätigt wird. Ein solches Relais kann aber auch
in Verbindung mit einem Steuerrohr benutzt werden, wofür die Fig: 2 ein Beispiel
zeigt. Der Auflade- und Entladevorgang des Kondensators C ist genau wie bei Fig.
i, so daß auf die Darstellung dieser Teile verzichtet wurde. In der Kathodenleitung
der Steuerröhre R2 liegt die Relaisspule P. Diesem Relais ist im Gitterkreis der
Senderöhre R3 der Kontakt 0 zugeordnet. - Diese Röhre ist nun in üblicher Weise
so geschaltet, daß die Röhre schwingt, wenn der Kontakt 0 geschlossen ist. Das Öffnen
und Schließen des Kontakts durch das Relais P erfolgt analog den Verhältnissen der
Fig. i in Abhängigkeit von der Entladung des Kondensators C. Wenn sich der Kondensator
sehr schnell entlädt, wird der Kontakt früher geöffnet, als wenn sich der Kondensator
langsam entlädt, d. h. daß der Schwingungszustand des Rohres jeweils mehr oder weniger
länger dauert. Dieser Schwingungszustand wird nun analog wie in Fig. i durch die
Kontaktwalze K2 mit den Segmenten S1 periodisch unterbrochen, so daß genau dieselbe
Zeichengabe wie bei der Anordnung nach Fig. i entsteht. Die Unterbrechung erfolgt
hierbei im Gegensatz zu Fig. i durch die Unterbrechung des Gitterkreises der Senderöhre.
Es wäre an sich auch möglich, die Unterbrechung an einer anderen Stelle, beispielsweise
ausgangsseitig, vorzunehmen.
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Die zu übertragenden bzw. kontrollierenden Meßgrößen müssen elektrische
Größen sein; sofern dies für die Originalgröße nicht zutrifft, werden sie in elektrische
Größen umgewandelt. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 3 ; es handelt sich hierbei
um Temperaturwerte. Ein Bimetallstreifen E, der in dem Punkt F gelagert ist, besitzt
einen Hebel H, an dem ein Eisenstück G angeordnet- ist. Dieses Eisenstück liegt
beweglich gegenüber einem Eisenkörper T, der mit einer Windung L versehen ist. Diese
Windung bildet zusammen mit den Widerständen TV" W9, Wlo eine Brückenanordnung.
An dem einen Zweig dieser Brücke liegt eine konstante Wechselspannung und an dein
anderen wird die für die Übertragung erforderliche Meßspannung abgenommen. Die Widerstände
WR, W9 und Wlo sind so bemessen, daß bei einem bestimmten Abstand des Eisenstücks
G von dem Eisenkörper T keine Spannung in dem abgehenden Brückenzweig vorhanden
ist und damit auch keine Spannung zwischen den Klemmen u und v. Mit der Temperatur
ändert der Bimetallstreifen seine Lage, und diese Veränderung wird über den Hebel
H auf das Eisenstück G übertragen. Damit ändert sich die Induktivität der Brücke,
und es verschiebt sich ihr Gleichgewicht, so daß an den abgehenden Brücken ein Zweig
einer Spannung auftritt, welche durch Formgebung des Eisenstücks G oder auch auf
andere Weise so geleitet werden kann, daß die Meßspannung an den Klemmen u und v
proportional der Temperatur ist. Um an den
Klemmen u und v keine
Wechselspannung zu haben, wird die abgegebene Brückenspannung mit Hilfe des Gleichrichters
N und des Kondensators Cl gleichgerichtet. Diese Meßspannung wird dann beispielsweise
an die Klemmen c und d der Anordnung nach Fig. i angeschlossen. An Stelle einer
Induktivität kann auch eine Kapazität in den einen Brückenzweig eingeschaltet und
zur Erzeugung der Meßspannung diese Kapazität in geeigneter Weise geändert werden.
Auf diese Weise ist es leicht möglich, mechanische Meßgrößen, die sich durch eine
Verschiebe- oder Drehbewegung auszeichnen und beliebigen Ursprungs sind, in eine
elektrische Größe umzuwandeln, die für die Übertragung geeignet ist. Die Erfindung
läßt sich auch vorteilhaft bei Lichtmessungen anwenden. Dabei wird das zu messende
Licht mit Hilfe einer Fotozelle in Strom- bzw. Spannungsänderungen umgesetzt. Wenn
der Lichtwechsel zu häufig ist, kann dabei auch auf der elektrischen Seite eine
Gleichrichtung verwendet werden; die von der Fotozelle abgegebene Spannung kann
ohne weiteres an die Klemmen c und d der Fig. i angeschlossen werden,