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Schaltanordnung zur Umwandlung von Strömen oder Spannungen in Impulse,
insbesondere für die Zwecke der Fernmessung Es sind, insbesondere im Zusammenhang
mit der Fernübertragung von Meßgrößen, Schaltungen bekannt, die dazu dienen, einen
Strom oder eine Spannung in Impulse umzuwandeln. Dabei kann es sich um die Umwandlung
von Gleichströmen oder Spannungen, aber auch um Wechselströmen oder -spannungen
handeln. Für die Zwecke der Fernmessung wird meist die Forderung gestellt, daß die
Häufigkeit der erzeugten Impulse in einem bestimmten Verhältnis zur Stärke der in
Impulse umzuwandelnden Größe steht. Im allgemeinen wird Proportionalität gefordert.
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Man hat die Aufgabe, Ströme oder Spannungen in Impulse umzuwandeln,
bisher unter Zuhilfenahme von Kondensatoren, Relais und Glimmlampen gelöst. Die
Schaltung wird dabei so getroffen, daß ein vom Meßstrom oder der Meßspannung geladener
Kondensator beim Überschreiten der Zündspannung der Glimmlampe über das Relais entladen
wird. Es sind auch Schaltungen bekannt, die nach diesem Prinzip arbeiten und symmetrisch
aufgebaut sind, derart, daß abwechselnd zwei Kondensatoren aufgeladen und über das
Relais entladen werden. Die Umschaltung der Kondensatoren geschieht dabei durch
das Relais selbst. In den bekannten Schaltungen wird als Kriterium für das Erreichen
einer bestimmten Ladespannung von Kondensatoren die Zündspannung von Glimmlampen
verwendet. Obwohl
es möglich ist, insbesondere bei der Anwendung
der beschriebenen Schaltanordnung in Kompensationsmeßschaltungen, Veränderungen
der Zündspannung unschädlich zu machen, so hat die bekannte Anordnung dennoch den
Nachteil, daß sie nur mit verhältnismäßig hohen Spannungen arbeiten kann, weil die
Zündspannung von Glimmlampen in der Größenordnung von ioo Volt liegt. Bei einer
Anzahl von Meßgeräten, z. B. Kompensationsgeräten, ist es schwierig, so hohe Spannungen
zu erzeugen. Durch die Erfindung wird es möglich, die bekannten Schaltungen mit
wesentlich geringerer Spannung zu betreiben.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man zur Überwachung
der Ladespannung eines oder mehrerer Kondensatoren nicht eine Entladungsstrecke
(Glimmlampe) verwendet, sondern auf das Relais eine elektrische oder magnetische
Gegenkraft einwirken läßt. Dadurch wird erreicht, daß sich der Anker des Relais
erst beim Überschreiten einer bestimmten Ladespannung der Kondensatoren umlegt.
Nach Ablauf dieses Vorganges wird in bekannter Weise der Kondensator entladen oder
in umgekehrter Richtung neu aufgeladen oder bei symmetrischen Schaltungen die Ladung
des zweiten Kondensators eingeleitet. Als Gegenkräfte kommen sowohl Gegenspannungen,
die im Stromkreis des Relais liegen, als auch magnetische Kräfte, die den Anker
des Relais in den Ruhelagen zu halten versuchen, in Betracht.
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Ausführungsbeispiele der ersteren Art sind in den Fig. i und :2 dargestellt.
Bei der Schaltung nach Fig. i ist angenommen, daß die vom Transformator i gelieferte
Wechselspannung zum Zwecke der Fernmessung in Impulse umgewandelt werden soll, deren
Häufigkeit dieser Spannung proportional ist. Zur Erzeugung der Impulse, deren Häufigkeit
dieser Spannung proportional sein soll, dienen die Kondensatoren 2 und 3. .4 und
5 sind zwei Gleichrichter, z. B. Trockengleichrichter, 6 und 7 die Wicklungen zweier
Relais. Das polarisierte Relais 7 steuert den Umschaltkontakt 8, während das Relais
6 und sein Kontakt 9 zur Weitergabe der Impulse über die Fernleitung und das Empfangsgerät
io dient. Die Kondensatoren 2 und 3 werden über den Gleichrichter i i (Trocken-
oder Glühkathodengleichrichter) und den 'Torwiderstand i2 aufgeladen. Der Umschaltkontakt
ist so geschaltet, daß abwechselnd einer der beiden Kondensatoren 2 und 3 kurzgeschlossen
ist, während der andere an der Ladespannung liegt. Die Gegenspannung, die gemäß
der Erfindung zur Festlegung der Ladespannung der Kondensatoren 2 und 3 dient, wird
mit Hilfe der Batterien 14 und 15 erzeugt. Sie sind so geschaltet, daß die Gleichrichter
.l und 5 gegenüber Strömen, die von diesen Batterien getrieben «-erden, sperrend
wirken.
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Die Schaltung arbeitet nun in folgender Weise: In der dargestellten
Lage des Umschaltkontaktes 8 wird der Kondensator 2 über den Gleichrichter i i und
den Widerstand i2 aufgeladen. Durch Wahl des Widerstandes 8 und des Kondensators
2 (bzw. 3) kann die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges an diesen Kondensatoren
in weiten Grenzen verändert werden. Sobald die Ladespannung des Kondensators die
von der Batterie 14 gelieferte Gegenspannung überschreitet, wird der Gleichrichter
,4 stromdurchlässig, und es kommt über die Wicklungen 6 und 7 ein Strom zustande.
Sobald die Ladespannung in genügendem Maße die Gegenspannung 14 überschritten hat,
wird dieser Strom so stark, daß die Relais ihren Anker umlegen. Das hat zur Folge,
daß nunmehr der Kondensator 3 an Stelle des Kondensators :2 aufgeladen wird, während
der Kondensator 2 kurzgeschlossen und damit entladen wird. Zur Dämpfung des Entladestromstoßes
können Widerstände oder Drosselspulen in den Entladestromkreis eingefügt sein. Das
beschriebene Spiel wiederholt sich nun von neuem, lediglich mit dem Unterschied,
daß der Kondensator 3, Gleichrichter 5 und die Spannungsquelle 15 an Stelle des
Kondensators 2, des Gleichrichters 4 und der Spannungsquelle 14 treten. Wenn das
Relais 6 nicht polarisiert ist, so wird jeweils ein Impuls gegeben, sobald einer
der Kondensatoren 2 oder 3 aufgeladen ist. Verwendet man dagegen ein polarisiertes
Relais ohne parallel geschaltete Wechselkontakte, dann ergibt sich nur die halbe
Impulshäufigkeit. Es ist auch möglich, an Stelle der Relais 6 und 7 nur ein einziges
Relais zu verwenden, das mit mehreren getrennten Kontakteinrichtungen ausgerüstet
ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. i wird die Gegenspannung durch
Batterien 14 und 15 erzeugt. Man kann zu diesem Zwecke aber auch an sich vorhandene
Spannungsquellen benutzen, etwa in der Weise, daß man gemäß Fig. 2 eine an sich
vorhandene Spannungsquelle an die Klemmen des Spannungsteilers 16 anschließt und
die beiden Hälften dieses Spannungsteilers an Stelle der Batterien i4., 15 verwendet.
Diese beiden Hälften des Spannungsteilers können zweckmäßig noch durch Kondensatoren
17, i8, z. B. Elektrolytkondensatoren hoher Kapazität, überbrückt sein. Man kann
auf diese Weise den Widerstandswert des Spannungsteilers für den Relaisstromkreis
zu einem erheblichen Maße beseitigen.
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Da es möglich ist, Relais hoher Empfindlichkeit anzuwenden, so kann
man auch mit verhältnismäßig geringen Ladespannungen an den Kondensatoren 2 und
3 arbeiten. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, entweder mit an sich schon sehr
kleinen Spannungen die Schaltanordnung zu betreiben oder die Genauigkeit zu steigern,
indem man hohe Gegenspannungen anwendet, gegenüber welchen die Ansprechspamiung
des Relais vernachlässigt werden kann. Die erste Möglichkeit ist von besonderer
Bedeutung für die Anwendung der Schaltung gemäß der Erfindung in Kompensationsmeßgeräten
nach der Art der bekannten Meßwertverstärker,denn bei derartigen Geräten stehen
nur verhältnismäßig kleine Spannungen zur Verfügung. Da man hierbei die Häufigkeit
der erzeugten Impulse in bekannter Weise mit dem zu übertragenden Meßwert vergleichen
kann, so gehen etwaige Fehler, die durch Ungenauigkeiten der Spannungsüberwachung
der Kondensatoren 2 und 3 entstehen, nicht in die erzeugte Impulsfrequent
ein.
Da zum Betrieb der Kompensationsgeräte (Meßwertverstärker) Spannungsquellen erforderlich
sind, so bereitet die Beschaffung einer Gegenspannung gemäß der vorliegenden Erfindung
keine Schwierigkeiten, denn man kann die an sich zum Betrieb dieser Geräte nötigen
Spannungsquellen zur Speisung eines Spannungsteilers gemäß Fig. 2 verwenden. Auch
in diesem Zusammenhang ist wesentlich, daß bei Kompensationsgeräten, die die Impulshäufigkeit
unmittelbar mit der Meßgröße vergleichen, keine Fehler dadurch entstehen können,
daß etwa die Gegenspannung nicht konstant ist und deshalb die Ladespannung der Kondensatoren
nicht genau festliegt. Für die Impulsfrequenzfernmessung ist aber in diesem Zusammenhang
von Bedeutung, daß Änderungen der am Widerstand 16 (Fig. 2) liegenden Spannung,
weil sie sich symmetrisch auf die Schaltung auswirkt, nicht zu einer Veränderung
des Verhältnisses von Impulsdauer zu Impulspause führt.
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Da, wie an Hand der Fig. i gezeigt worden ist, die Schaltanordnung
gemäß der Erfindung auch zur Umwandlung von Wechselströmen in Impulse geeignet ist,
so läßt sich diese Schaltanordnung ohne weiteres an Kompensationsgeräten (Meßwertumformer)
anschließen, die eine Wechselspannung liefern. Dies ist beispielsweise der Fall
bei Geräten, bei denen durch das Steuerinstrument des Kompensators der Rückkopplungsgrad
eines selbsterregten Röhrengenerators gesteuert wird, dessen Anodenkreis mit Hilfe
von Transformatoren einem in seiner Stärke veränderbaren Wechselstrom entnommen
wird. Dieser Wechselstrom kann dann durch die Schaltung gemäß der Erfindung in Impulse
umgewandelt werden, die einerseits nach dem an entfernter Stelle aufgestellten Fernmeßempfangsgerät
übertragen werden, andererseits aber nach ihrer Rückumwandlung in einen Gleichstrom
mit Hilfe der bekannten Methoden der Fernmeßtechnik als Kompensationsstrom auf das
Steuergerät des Kompensators zurückwirken.
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Bei den in den Fig. i und 2 dargestellten Schaltungen wird die Gegenkraft
durch eine Gegenspannung gebildet. Diese Gegenspannung bleibt auch dann erhalten,
wenn der Relaiskontakt sich öffnet. Man kann nun die Ansprechgenauigkeit des Relais
und die Sicherheit seines Arbeitens weiter erhöhen, wenn man gemäß der weiteren
Erfindung im Augenblick der Öffnung des Relaiskontaktes die Gegenkraft zum Verschwinden
bringt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig.3 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind mit 2i und 22 die Widerstände eines Spannungsteilers bezeichnet,
der von der in Impulse umzuwandelnden Spannung oder einem in Impulse umzuwandelnden
Strom gespeist wird. Im Beispiel nach Fig. 3 ist angenommen, daß dieser Strom von
der Batterie 23 erzeugt und mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 24. geregelt
wird. Dieser Widerstand kann beispielsweise durch einen Meßwertumformer (Kompensationsgerät)
verändert werden. Die an den Widerständen 21 und 22 entstehende, der Meßgröße proportionale
Spannung wird dem Relais 25 zugeführt, das eine Hauptwicklung 26 und eine Hilfswicklung
27 trägt. Parallel zur Hauptwicklung 26 liegt der Kondensator 28. 39 ist ein Vorwiderstand,
der die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators 28 bestimmt. 29 und 30 sind Ventile,
z. B. Kupferoxydgleichrichter. Die Kontakte des Relais 25 sind mit 31 und 32, die
Kontaktzunge mit 33 bezeichnet. Mit der Hilf swicklung27 ist ein weiteres Relais
34. in Reihe geschaltet, dessen Kontakt 35 zur Weitergabe der Impulse dient. 36,
37 sind die Teilwiderstände eines Spannungsteilers, der von der Batterie 38 gespeist
wird.
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Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: An den Teilwiderständen
21, 22 des Meßspannungsteilers entstehen Spannungen, die der Meßgröße proportional
sind. Von diesen Spannungen wird über die Kontakte 3 1 oder 32 und den Widerstand
39 der Kondensator 28 aufgeladen. Die Geschwindigkeit der Aufladung kann durch den
Widerstand 39 verändert werden. Gleichzeitig fließt über die Hilfswicklung 27 und
das Relais 34 ein von der am Spannungsteiler 36, 37 abgegriffenen Spannung getriebener
Strom, der die Kontaktzunge 33 in der dargestellten Lage zu halten sucht. Sobald
nun die Ladespannung des Kondensators genügend angestiegen ist, überwiegt die Wirkung
der Hauptwicklung 26, so daß die Zunge 33 vom Kontakt 31 abgehoben wird. In diesem
Augenblick wird der über die Hilfswicklung führende Stromkreis unterbrochen und
das Relais 25 legt seinen Anker um. Nunmehr wird der Kondensator 28 von der am Widerstand
22 herrschenden Spannung in umgekehrter Richtung aufgeladen. Die von der Wicklung
27 erzeugte Hilfskraft wird ebenfalls in ihrer Richtung umgekehrt. Sobald der Kondensator
2&nun eine ausreichende Spannung erhalten hat, wiederholt sich das beschriebene
Spiel von neuem. Wenn das Relais 34 polarisiert ist, dann stimmt die Frequenz seines
Ankers mit der der Kontaktzunge 33 überein. Falls man ein nicht polarisiertes Relais
verwendet, ergibt sich die doppelte Impulshäufigkeit. Die Ventile 29, 3o haben die
Aufgabe, den eigentlichen Meßstromkreis von dem zur Erzeugung der Hilfskraft dienenden
Stromkreis abzuriegeln, damit sich diese Kreise nicht gegenseitig stören.