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Verfahren zum Messen und Zählen von Größen und Mengen
Es ist bekannt,
physikalische Größen durch Umwandlung in elektrische Spannungen oder Ströme und
Vergleichen in z. B. einer Brückenanordnung zu messen. Im allgemeinen benötigt man
hierzu Gleichstrom zur Erzielung einer ausreichenden Genauigkeit. Bei Verwendung
bzw. Messung von Wechsel strömen wird der Aufwand groß und die Apparatur damit teuer.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren
zum Messen und Zählen von Größen und Mengen mit Hilfe von Triggerkreisen.
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Erfindungsgemäß wird die zu messende Größe in elektrische Spannungen
umgewandelt und mit den aus den Triggerkreisen kommenden Impulsen verglichen. Dabei
besteht jeder Vergleichsvorgang aus zwei Abschnitten, von denen der erste den Ziffernwert
der zu messenden Größe aufnimmt und der zweite den Wert zählt und anzeigt und durch
Löschung des Zählers das nächste Arbeitsspiel vorbereitet.
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Die elektrische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht
aus mehreren Stufen. Die Oszillatorstufe erzeugt dauernd Impulse, die über die Schaltstufe
dem Zählwerk zugeführt werden.
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Von hier aus gelangen sie über eine Trennstufe, die als Puffer zum
Ausgleich von Schwankungen dient,
und über eine Ubertragerstufe
in eine Vergleichereinrichtung. Dieser Vergleichereinrichtung wird die zu messende
unbekannte und veränderliche Spannung bzw. die in eine solche elektrische Größe
umgeformte physikalische Größe zugeführt, und beide Spannungen gelangen über eine
Regeleinrichtung in den Zähler. In der Regeleinrichtung ist auch eine Löschvorrichtung
enthalten, die in jedem zweiten Teil eines Arbeitsspieles in Tätigkeit tritt und
den Zähler auf den Ausgangswert zurückstellt.
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Zur Umwandlung der zu messenden physikalischen Größe kann z. B. eine
entsprechend geformte mechanische Blende dienen, deren Bewegung von der Meßgröße
gesteuert wird und im Strahlengang zwischen dem Schirmbild einer Kathodenstrahlröhre
und einer Photozelle liegt. Der von den Triggerkreisen beeinflußte Kathodenstrahl
erzeugt eine Leuchtspur auf dem Fluoreszenzschirm der Kathodenstrahlröhre, und das
Bild dieser Leuchtspur wird auf die Photozelle abgebildet. Dabei beeinflußt die
Blende den Strahlengang und regelt über den Photostrom den Zählvorgang.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen und
der zugehörigen Beschreibung hervor. In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern
sich auf gleiche Elemente beziehen, ist Fig. I ein Blockschaltbild der Meß- und
Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltschema des Oszillators,
der Eingangssteuereinrichtung, der Regel- und Löscheinrichtung gemäß Fig. I, Fig.
3 ein Schaltungsschema des Zählwerks und der Trennstufe gemäß Fig. I, wiederholt
vorkommende Elemente sind in Blockform dargestellt, Fig. 4 ein Schaltschema der
Übertragungseinheit der Fig. I, Fig. 5 ein Schaltschema der Vergleichereinheit gemäß
Fig. I.
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Allgemeine Übersicht In Fig. I ist das Blockschema der Erfindung
gezeigt, die aus einer Oszillatorstufe I0, einer Schaltstufe II, einer Regel- und
Löscheinheit I2, einer Zähler- und Trennstufe I3, einer Übertragerstufe 14, einer
Vergleicherstufe I5 und der Quelle der zu messenden Größe I6 besteht. Der Oszillator
10 erzeugt dauernd Impulse, die der Schalt- oder Steuerstufe II zugeführt werden.
Die Schaltstufe II wird von dem Regler 12 gesteuert. Jeder vollständige Vergleichsvorgang
des Systems umfaßt zwei Abschnitte; der erste dient zur Aufnahme des Ziffernwertes
der zu messenden veränderlichen Menge oder Größe, der zweite dient zur Anzeige dieses
Wertes.
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Wenn ein Arbeitsspiel, d. h. ein Vergleichsvorgang, von Hand eingeleitet
wird, so bewirkt die Regelstufe I2 das Offnen der Schaltstufe II. Dann gehen die
Impulse von der Oszillatoreinheit I0 über die Schaltstufe II in die Zähl- und Trenustufe
13, in der sie gezählt werden.
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Der Ziffernwert, der in der Zähl- und Trennstufe I3 aufgenommen wird,
wird nun von der Übertragereinheit I4 in ein elektrisches Potential umgewandelt.
Das Potential wird in der Vergleichereinheit 15 mit der zu messenden veränderlichen
Menge oder Größe, die durch die Einheit 16 gegeben ist, verglichen. Ist das Potential
der Einheit 14 proportional oder gleich der zu messenden Größe der Einheit I6, so
bewirkt dieVergleichereinheit I5, daß die Regel- und Löscheinheit 12 die Schalteinheit
II schließt. Dies entspricht dem Ende des ersten Abschnittes des Arbeitsspieles.
Mit einer Verzögerung, die dem zweiten Abschnitt des Arbeitsspieles entspricht und
während der die Zählereinstellung abgelesen oder anderweitig verarbeitet werden
kann, bewirkt die Regel- und Löscheinheit 12, daß die Zähler- und Trennstufe I3
wieder auf ihren Ausgangswert eingestellt wird; dadurch wird das Gerät für das nächstfolgende
Arbeitsspiel vorbereitet. Dieser Ausgangswert kann oooo oder eine andere gewünschte
Einstellung sein.
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Der Oszillator, die Steuer- und Regeleinheiten Gemäß Fig. 2 besteht
der Oszillator 10 aus einer Elektronenröhre 20, vorzugsweise vom Doppeltriodentyp,
die als Multivibrator arbeitet und eine fortlaufende Reihe von Impulsen erzeugt.
Diese Impulse werden mittels eines Kopplungskondensators 21 dem Bremsgitter 22 einer
Elektronenröhre 23 zugeführt, die vorzugsweise eine Pentode mit geerdeter Kathode
24 ist. Eine entsprechende Gittervorspannung wird dem Bremsgitter 22 durch einen
Widerstand 25 zugeführt, dessen unteres Ende mit dem Abgriff 26 eines Potentiometers
verbunden ist, der wiederum zwischen Erde und einer passenden Quelle eines negativen
Potentials 28 geschaltet ist. Der Abgriff 26 ist durch einen Kondensator 29 überbrückt.
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Die Elektronenröhre 23 stellt die Eingangssteuervorrichtung dar.
Die Steuerelektrode 30 ist mit Punkt 3I des Spannungsteilers verbunden, der aus
den Widerständen 32, 33 und 34 besteht, die zwischen die Pole 35 und 28 geschaltet
sind. Das Potential des Punktes 3I ist normalerweise so, daß die Röhre 23 nichtleitend
ist. Das Schirmgitter 36 der Röhre 23 ist über den Widerstand 37 an den positiven
Pol 35 angeschlossen und über den Kondensator 38 hochfrequenzmäßig geerdet. Die
Anode 40 ist über den Widerstand 39 an den positiven Pol 35 angeschlossen, und die
Leitung 41 führt von der Anode 40 zur Zähler- und Trennstufe I3 (Fig. 3).
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Um die Eingangssteuervorrichtung von Hand einzuschalten, ist ein
Kondensator 42 vorgesehen, der mit dem negativen Pol 28 und dem beweglichen Arm
43 eines Schalters 44 verbunden ist, dessen linke Polklemme 45 an den Punkt 31 und
dessen rechte Klemme 46 an die Verbindung der Widerstände 47 und 48 angeschlossen
ist, die ihrerseits zwischen positivem Pol 35 und Erde liegen. Wird der Schaltarm
43 nach rechts gelegt, so lädt sich der Kondensator 42 auf ein Potential auf, das
dem Potentialunterschied zwischen Schalterklemme 46 und Pol 28 entspricht. Wird
der Schaltarm nach links gelegt, so wird der Kondensator 42 entladen und erhöht
das Potential des Punktes 31 auf etwas
über das Erdpotential, so
daß die Röhre 23 jedesmal leitend wird, wenn ihrer Bremselektrode 22 mittels des
Oszillators 10 durch den Kondensator 21 ein positiver Impuls zugeführt wird. Dies
bewirkt, daß in der Ausgangsleitung 41 ein negativer Impuls zur Zählereinheit I3
(Fig. 3) entsteht.
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Ein Triggerkreis 49 ist vorgesehen, der aus einer Röhre 50 mit z.
B. zwei Trioden in einem Kolben besteht. Diese Vorrichtung arbeitet wie der bekannte
Multivibrator mit zwei stabilen Zuständen.
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Die Kathoden 5I und 52 sind geerdet. Die rechte Steuerelektrode 53
ist an die Verbindung 3I angeschlossen, die linke Anode 54 ist an die Verbindung
der Widerstände 32 und 33 angeschlossen, und letzterer ist durch den Kondensator
55 überbrückt. Eine Schaltanordnung, die aus Widerständen 56, 57 und 58 besteht,
ist zwischen die Pole 35 und 28 angeschlossen. Die rechte Anode 59 der Röhre 50
ist an die Verbindung 60 der Widerstände 56 und 57 angeschlossen, und die linke
Steuerelektrode 6I ist an die Verbindung 62 der Widerstände 57 und 58 angeschlossen.
Der Widerstand 57 ist durch den Kondensator 63 überbrückt. Die Potentiale der Verbindungspunkte
31 und 62 sind normalerweise so, daß der linke Teil der Doppelröhre 50 leitend und
der rechte Teil nichtleitend ist.
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Dieser Zustand ist der Aus-Zustand des Eingangssteuerkreises, während
der entgegengesetzte Zustand als Ein-Zustand bezeichnet wird. Der letztere Zustand
tritt ein, wenn z. B. der Schaltarm 43 nach links gelegt wird.
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Um den Triggerkreis 49 automatisch auszuschalten und dadurch die
Eingangssteuervorrichtung II zu einer gewünschten Zeit zu sperren, werden positive
Impulse in der Vergleichereinheit I5 (Fig. 5) erzeugt und durch eine Leitung 65
der linken Steuerelektrode 66 einer Doppelelektronenröhre 67 zugeführt, deren Kathoden
68 und 69 geerdet sind. Die Widerstände 69 und 70 sind in Reihe zwischen linker
Anode 7I der Röhre 67 und dem positiven Pol 35 geschaltet, und ihr Verbindungspunkt
72 ist über den Kondensator 73 mit Punkt 31 verbunden. Der linke Teil der Doppelröhre67
ist normalerweise nichtleitend durch die Anwendung eines negativen Potentials an
der Steuerelektrode 66 über den Widerstand 74; dies Potential wird von einem Potentiometer
75 abgeleitet, das zwischen Erde und negativen Pol 28 geschaltet ist, der Abgriff
ist über einen Kondensator 76 geerdet. Ein positiver Impuls, der der Steuerelektrode
66 durch die Leitung 65 zugeführt wird, bewirkt, daß der linke Teil der Röhre 67
leitend wird, der daraus resultierende negative Impuls am Punkt 72 schaltet den
Triggerkreis 49 auf Aus und sperrt die Eingangssteuervorrichtung 11.
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Um die automatische Löschung des Systems nach einem vorherbestimmten
Zeitintervall durchzuführen, ist die Leitung 65 außerdem mit der Steuerelektrode
77 einer Elektronenröhre, z. B. einer Triode 78, verbunden, deren Kathode 79 geerdet
ist.
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Die Widerstände 80 und 81 sind in Reihe zwischen Anode 82 der Röhre
78 und den positiven Pol 35 geschaltet. Der Punkt 83 der Widerstände 80 und 8I ist
durch einen Kondensator 84 mit der linken Steuerelektrode 85 einer Doppelröhre 86
verbunden, deren Kathoden 87 und 88 geerdet sind. Diese Röhre arbeitet mit den zugehörigen
Schaltelementen wie ein sich selbst wiederherstellender Triggerkreis 89, in dem
der linke Abschnitt normalerweise leitend ist; dies wird als Aus-Zustand des Stromkreises
bezeichnet. Eine Schaltanordnung, bestehend aus den Widerständen go, 91 und 92,
ist zwischen die Pole 35 und 28 geschaltet. Die Verbindung 93 der Widerständego
und 91 ist mit der rechten Anode 94 der Röhre 86 verbunden. Ein Kondensator 95 ist
parallel zum Widerstand 91 vorgesehen; die Widerstände 96 und 97 sind zwischen die
linke Anode 98 der Röhre 86 und den positiven Pol 35 geschaltet.
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Eine Glimmröhre 99 ist zwischen die linke Anode 98 und Erde geschaltet.
Die rechte Steuerelektrode IOO der Röhre 86 ist durch den Widerstand IOI mit dem
beweglichen Arm eines Potentiometers 102 verbunden, das zwischen Erde und negativen
Pol 28 geschaltet ist, der bewegliche Arm ist durch einen Kondensator 103 zum negativen
Pol 28 überbrückt.
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Ein Kondensator 104 ist zwischen die rechte Steuerelektrode IOO und
die linke Anode 98 geschaltet.
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Der Verbindungspunkt 105 der Widerstände 96 und 97 ist durch einen
Kondensator Io6 mit der linken Steuerelektrode Io7 einer Doppelelektronenröhre Io8
verbunden, deren Kathoden IO9 und IIO geerdet und so angeordnet sind, daß sie mit
den zugehörigen Schaltelementen wie ein sich selbst wiederherstellender Triggerkreis
1 1 1 arbeiten. Ein Reihennetzwerk, das aus den Widerständen 112, 113 und 114 besteht,
ist zwischen die Pole 35 und 28 geschaltet; die Verbindung II5 zwischen Widerstand
112 und II3 ist mit der rechten Anode 116 der Röhre Io8 verbunden, und die Verbindung
II7 der Widerstände II3 und 114 ist mit der linken Steuerelektrode Io7 verbunden.
Ein Kondensator II8 ist parallel zum Widerstand II3 geschaltet. Die Widerstände
119 und I20 sind in Reihe zwischen die linke Anode r2I der Röhre 108 und den positiven
Pol 35 geschaltet, Eine Glimmröhre 122 ist zwischen linke Anode 121 und Erde geschaltet.
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Die rechte Steuerelektrode 123 der Röhre 108 ist durch einen Widerstand
I24 mit dem beweglichen Arm eines Potentiometers I25 verbunden, das zwischen Erde
und negativem Pol 28 liegt; der bewegliche Arm des Potentiometers ist durch einen
Kondensator 126 zum Pol 28 abgeleitet.
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Ein Kondensator I27 ist zwischen linke Anode I2I und rechte Steuerelektrode
I23 geschaltet. Der Punkt 115 ist durch einen Kondensator I28 mit der rechten Steuerelektrode
I29 der Doppelröhre 67 verbunden. Ein Potential, das zur Sperrung des rechten Teiles
der Röhre 67 dient, wird an die rechte Steuerelektrode I29 angelegt, und zwar über
einen Widerstand I30 von einem Spannungsteiler, der die Widerstände I3I und I32
in Reihe zwischen Erde und negativem Pol 28 enthält. Die Widerstände I33 und I34
sind in den rechten Anodenkreis I35 der Röhre 67 geschaltet, ihre Verbindung ist
durch einen Kondensator I36 mit der linken Steuerelektrode 6I der Röhre 50 verbunden.
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Die automatische Löschung des Systems nach einer vorherbestimmten
Zeit wird in folgender Weise durchgeführt. Ein positiver Impuls auf der Leitung
65 macht die Röhre 78 leitend und erzeugt einen negativen Impuls am Punkt 83. Hierdurch
wird der sich selbst wiederherstellende Triggerkreis 89 eingeschaltet. In diesem
Zustand verbleibt er für eine Zeitperiode, die durch die Größe des Kondensators
104 und der Widerstände 97, 96 und IOI und das Gittervorspannungspotential infolge
Einstellung des Potentiometers 102 bestimmt ist. Wird der Triggerkreis 89 abgeschaltet,
so schaltet der negative Impuls am Verbindungspunkt 105 den nachfolgenden Triggerkreis
111 ein. Dieser Zustand wird für einen Zeitabschnitt beibehalten, der von den Werten
der Elemente, die dieser Stromkreis umfaßt, abhängig ist. Wird der Triggerkreis
III abgeschaltet, so wird der positive Impuls, der am Verbindungspunkt II5 erscheint,
durch den Kondensator I28 der rechten Steuerelektrode I29 der Röhre 67 zugeführt;
dies bewirkt die Einschaltung des rechten Teiles dieser Röhre und daß ein negativer
Impuls am Punkt 62 entsteht.
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Dieser Impuls schaltet den Eingangssteuerkreis 49 ein, was wiederum
das Öffnen der Steuereinrichtung 1 1 bewirkt und dadurch ein neues Arbeitsspiel
einleitet.
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Zur Einschaltung der Löschdioden in der Zähler-und Trennstufe I3
(Fig. 3) dient die Röhre I37 (Fig. 2), die vorzugsweise vom Triodentyp ist. Ihre
Kathode I38 ist über den Widerstand I39 mit dem negativen Pol 28 verbunden. Die
Kathode 138 ist außerdem mit einer Ausgangsklemme 140 verbunden. Der Verbindungspunkt
93 ist durch einen Kondensator 141 mit der Steuerelektrode 142 der Röhre 137 verbunden.
Zur Aufrechterhaltung der normalen Leitfähigkeit der Röhre I37 ist ein Netzwerk,
das Widerstände 143 und I44 enthält, zwischen Erde und negativen Pol 28 geschaltet;
die Verbindung dieser Widerstände ist mit der Steuerelektrode 142 verbunden. Die
Anode I45 der Röhre I37 ist mit dem positiven Pol 35 verbunden.
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Schaltet sich der Stromkreis 89 aus, wie oben beschrieben, so wird
der rechte Teil der Doppelröhre 86 nichtleitend, so daß ein positiver Impuls an
der Verbindung 93 entsteht und durch den Kondensator I4I der Steuerelektrode I42
zugeführt wird; dadurch wird der Strom durch die Röhre größer und erzeugt einen
höheren Potentialabfall am Widerstand 139. Dieser Potentialabfall wird an der Klemme
I40 abgenommen, zu einem Zweck, der in Verbindung mit Fig. 3 zu beschreiben ist.
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Um die Zähler der Einheit I3 (Fig. 3) in einem gewünschten Abschnitt
eines vollständigen Arbeitsspieles zu löschen, ist eine Elektronenröhre, z. B.
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Pentode I46, vorgesehen, deren Kathode I47 und Bremsgitter 148 geerdet
sind. Die Steuerelektrode I49 ist mit Punkt 62 des Triggerkreises 49 verbunden.
Schirmgitter I50 und Anode 151 der Röhre I46 sind miteinander und mit einer Klemme
I52 verbunden. Normalerweise ist die Röhre I46 nichtleitend, dadurch ist der Rückweg
für die Zähler der Einheit I3 (Fig. 3) gesperrt. Beim Beginn eines Arbeitsspieles
schaltet der negative Impuls, der am Verbindungspunkt 62 entsteht, den Triggerkreis
ein, wie oben erklärt, und das sich daraus ergebende negative Potential wird der
Steuerelektrode 149 der Röhre 146 zugeführt; dadurch wird die Röhre weiter gesperrt
und die Anzeigevorrichtung der Zählereinheit ausgeschaltet. In diesem Zustand verbleiben
die Zähler für einen gewünschten Abschnitt des vollständigen Arbeitsspieles.
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Die Zähler- und Trennstufe Gemäß Fig. 3 enthält der Zähler vier Stellen,
benannt als Einer- I55, Zehner- I56, Hunderter- I57 und Tausenderstelle I58 mit
den zugehörigen Trennstufen 159, 160, 161 und I62. Aus Gründen der Vereinfachung
ist nur die Einerstelle I55 des Zählers mit Puffer 159 ausführlich gezeichnet; die
übrigen Stellen des Zählers und die Trennstufen sind im inneren Aufbau identisch
mit der Einerstelle. Es sei bemerkt, daß der Erfindungsgedanke nicht auf vier Zählerstellen
beschränkt ist, sondern beliebig erweitert werden kann.
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Die einzelnen Zählerstellen sind in früheren Erfindungsvorschlägen
näher beschrieben worden. Die Einerstelle I55 besteht aus vier Triggerkreisen mit
je zwei stabilen Zuständen I63, I64, I65 und I66; jederTriggerkreis besitzt eine
Elektronenröhre vom Doppeltyp, wie gezeigt, und eine Verzögerungsröhre I67. Mit
dem linken Abschnitt jeder Entladevorrichtung der Stromkreise I63 bis I66 ist jeweils
eine Glimmröhre verbunden, die die Bezugszeichen 168, 169, 170 und I7I haben. Die
auf derLeitung4I zugeführten Impulse werden nach dem Dezimalsystem gezählt, und
nach dem Durchgang von g zu o wird ein Übertrag von der Einerstelle I55 zur Zehnerstelle
I56 durchgeführt.
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Wenn sich die Einerstelle I55 im Ausgangszustand befindet, d. h.
auf den Wert oooo eingestellt ist, so ist der linke Abschnitt jeder Entladevorrichtung
der Triggerkreise I63 bis I66 leitend, während die rechten Abschnitte dieser Kreise
nichtleitend sind. Dies soll als Aus-Zustand der Triggerkreise bezeichnet werden.
Ein negativer Impuls auf Leitung 4I hat keine Wirkung auf den rechten Abschnitt
der Entladevorrichtung des Auslösestromkreises I63, da die Steuerelektrode dieses
Abschnittes bereits genügend negativ ist, so daß dieser Abschnitt gesperrt ist.
Dagegen bewirkt dieser negative Impuls die Umschaltung des linken Abschnittes der
Entladevorrichtung des Triggerkreises I63 von seinem leitenden in seinen nichtleitenden
Zustand, da das Potential der Steuerelektrode dieses Abschnittes stark negativ wird.
Dieser Zustand wird als Ein-Zustand des Triggerkreises bezeichnet.
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Dies wiederum bewirkt, daß das Potential der linken Anode steigt,
so daß die Anzeigeröhre I68 aufleuchtet.
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Die Triggerkreise in jeder Stelle sind hintereinandergeschaltet;
die zu zählenden Impulse werden nur an einem Punkt eingeführt. Entsprechend ergibt
sich für jede Stelle des Zählers für je zehn Impulse, die ankommen, folgende Tabelle,
die für die Einerstelle als Beispiel aufgestellt ist:
Triggerkreis
Eingangsimpuls 163 164 165 166 |
o Aus Aus Aus Aus |
I Ein Aus Aus Aus |
2 Aus Ein Aus Aus |
3 Ein Ein Aus Aus |
4 Aus Aus Ein Aus |
5 Ein Aus Ein Aus |
6 Aus Ein Ein Aus |
7 Ein Ein Ein Aus |
8 Aus Aus Aus Ein |
9 Ein Aus Aus Ein |
IO = O Aus Aus Aus Aus |
Um nach der Durchführung jeder Zählung die Triggerkreise I63 bis I66 wieder in die
Aus-Stellung zu bringen, sind Dioden 172, 173, 174 und I75 vorgesehen, deren Kathoden
jeweilig mit den linken Steuerelektroden der Triggerkreise I63 bis I66 verbunden
sind; ihre Anoden führen zur Klemme I40 (Fig. 2). Wie früher erwähnt, ist diese
Polklemme am Ende eines jeden Arbeitsspieles stark positiv und bewirkt, daß die
Dioden 172 bis I75 leitend werden, was wiederum alle eingeschalteten Triggerkreise
I63 bis I66 ausschaltet. Dadurch wird der Zähler zur Vorbereitung auf den nächsten
Zählgang automatisch auf oooo zurückgestellt.
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Mit den Triggerkreisen I63 bis I66 sind Trennstufen verbunden, bestehend
aus Doppelelektronenröhren 176, 177, I78 und 179, die zusammen die Trennstufe I59
für die Einerstelle darstellen. Man kann auch, wenn gewünscht, jede Doppelröhre
durch zwei getrennte Röhren ersetzen oder durch eine Röhre und durch einen Gleichrichter,
der einen ausreichenden Sperrwiderstand hat. Ist der Triggerkreis 163 eingeschaltet,
so hat die rechte Steuerelektrode seiner Doppelröhre im wesentlichen Erdpotential.
Diese Elektrode ist mit der linken Steuerelektrode der Röhre I76 verbunden, so daß
dieser Röhrenteil leitend ist, und es entsteht ein starker Spannungsabfall am Belastungswiderstand
I80, der zwischen die linke Anode der Röhre I76 und positiven Pol 181 einer Spannungsquelle
geschaltet ist.
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Ein zweiter Belastungswiderstand I82 ist zwischen die linke und rechte
Anode der Röhre I76 geschaltet, die rechte Anode ist mit der rechten Steuerelektrode
verbunden, so daß eine Diode entsteht, und ist über einen Widerstand I83 mit dem
negativen Pol I84 der Spannungsquelle verbunden. Die Widerstände 182, 183 sind so
bemessen, daß, wenn der linke Abschnitt der Röhre I76 leitend ist, die rechte Anode
dieser Röhre stark negativ gegenüber Erde ist.
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Dann ist der rechte Teil der Röhre I76 gesperrt und hat keinen Einfluß
auf die Arbeitsweise der Trennstufe. Andererseits ist der linke Teil der Röhre I76
nichtleitend, wenn der Triggerkreis 163 ausgeschaltet ist, so daß das Potential
der rechten Anode der Röhre I76 dazu neigt, ein hohes Potential gegen Erde anzunehmen.
Der rechte Teil dieser Röhre enthält Begrenzungsmittel für die Anodenspannung, so
daß diese nahe dem Erdpotential liegt.
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Mittels einer Leitung I85 wird das Potential dieser Anode der Einerstelle
I90 der Übertragereinheit I4 (Fig. 4) zugeführt. Die Röhren 177, 178 und I79 erzeugen
gleiche Ausgangspotentiale, die sie über Leitungen 186, I87 und I88 den Einerstellen
der Übertragereinheit 14 zuleiten. In der eben beschriebenen Weise ist eine Mehrzahl
von Ausgahgsspaunungen vorgesehen, deren jede negativ hinsichtlich der Erde oder
nahe dem Erdpotential ist, je nachdem, ob der entsprechende Triggerkreis der Einerstelle
155 des Zählers ein- oder ausgeschaltet ist. In gleicher Weise werden die Ausgangspotentiale
der Trennstufen I60, I6I und I62 den entsprechenden Stellen 191, 192 und 193 der
Übertragereinheit 14 (Fig. 4) zugeführt.
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Die Ubertragereinheit Gemäß Fig. 4 besitzt die Übertragereinheit
den Übertrager für die Einerstelle 190, für die Zehnerstelle I9I, für die Hunderterstelle
192 und für die Tausenderstelle 193, die mit den entsprechenden Trennstufen 159,
I60, I6I und I62 (Fig. 3) verbunden sind. Es wird nur der Übertrager für die Einerstelle
190 im einzelnen beschrieben, da die Ubertrager 191, 192 und 193 in gleicher Weise
aufgebaut sind und arbeiten.
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Der Übertrager enthält Impedanzen oder Widerstände I94 bis 209, die
zwischen den positiven Pol 181 einer Spannungsquelle und die Ausgangsklemme 210
geschaltet sind. Der Einerstellenübertrager 190 besitzt Elektronenröhren 211, 212,
213 und 2I4, vorzugsweise vom Pentodentyp, mit den Kathoden 215, 216, 2I7 und 2I8,
Steuerelektroden 219, 220, 22I und 222 und Anoden 223, 224, 225 und 226. Die Bremsgitter
dieser Pentoden sind mit ihren Kathoden verbunden, und die Schirmgitter sind an
den positiven Pol 35 angeschlossen.
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Die Kathode 215 der Röhre 211 ist über einen einstellbaren Widerstand
227 geerdet. Die Steuerelektrode 219 ist über den Widerstand 228 und Leitung 185
mit der Trennstufe 159 (Fig. 3) verbunden. Die Anode 223 ist mit der Verbindung
der Widerstände I94 und I95 verbunden. Die Kathoden 2I6 bis 218 der Röhren 2I2,
2I3 und 214 sind über einstellbare Widerstände 229, 230 und 23I geerdet.
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Ihre Steuerelektroden 220 bis 222 sind durch Widerstände 232, 233
und 234 mit den Leitungen I86, 187 und I88 der Trennstufe 159 verbunden (Fig. 3).
Die Anode 224 der Röhre 212 ist mit der Verbindung der Widerstände I95 und I96 verbunden,
Anode 225 der Röihre 213 mit der Verbindung der Widerstände I96 und I97 und Anode
226 der Röhre 2I4 mit der Verbindung der Widerstände 197 und I98. Entsprechende
Verbindungen gehen von den Widerständen I98 bis 209 zu den Anoden der Elektronenröhren
der Übertrager I9I, 192 und 193.
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In Verbindung mit Fig. 3 wurde bereits ausgeführt, daß die Leitungen
185 bis I88 entweder negatives Potential bezüglich Erde oder nahezu Erdpotential
haben, je nachdem, ob der betreffende Triggerkreis der Einerstelle 155 des Zählers
ein-oder ausgeschaltet ist. Es sei angenommen, daß der
Triggerkreis
I63 des Zählers I55 ausgeschaltet ist.
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Dann hat die Leitung I85 nahezu Erdpotential, so daß die Elektronenröhre
211 leitend ist; ihr Anodenstrom ist durch den einstellbaren Widerstand 227 geregelt.
Da die Röhre 211 eine Pentode ist, bleibt der resultierende Strom im wesentlichen
konstant trotz der Änderung des Potentialabfalls in der Röhre. Dieser Strom in der
Röhre 211 erzeugt einen bestimmten Potentialabfall am Widerstand I94.
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Wenn jetzt der Triggerkreis I63 des Zählers 155 (Fig. 3) eingeschaltet
wird, so daß das Potential der Leitung 185 stark negativ hinsichtlich Erde wird,
so wird die Entladevorrichtung 211 gesperrt, und es findet kein Potentialabfall
über Widerstand 194 mehr statt, weil kein Anodenstrom in der Röhre 211 fließt. Gleichartige
Vorgänge treten in den übrigen Entladevorrichtungen der Übertragereinheit auf, so
daß der gesamte Potentialabfall über die Widerstände I94 bis 209 infolge der Anodenströme
dieser Entladevorrichtungen eine direkte Funktion des Ein- und Aus-Zustandes der
Zähler I55, 156, I57 und I58 ist. Durch geeignete Wahl der Werte der Widerstände
I94 bis 209 ist es möglich, einen gewünschten Potentialunterschied gegenüber dem
positiven Pol 181 zu erzeugen entsprechend der Zahl, die im Augenblick in der Zählereinheit
der Fig. 3 vorhanden ist.
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In folgender Tabelle sind Beispiele für die Werte der Widerstände
I94 bis 209 angegeben: Widerstand Nr. Widerstand in Ohm 194 .....................
10 195 ..................... 10 196 20 197 ...................... 40 198 20 199
..................... 100 200 ..................... 200 201 .....................
400 202 ..................... 200 203 ..................... 1000 204 .....................
2000 205 ..................... 4000 206 ..................... 2000 207 , I0000 208
..................... 20000 209 ..................... 40000 Jede Elektronenröhre
soll einen Anodenstrom von I Milliampere haben. Dann beträgt der gesamte Spannungsabfall
über alle sechzehn Elektronenröhren zwischen positivem Pol 181 und Klemme 210 infolge
ihrer Anodenströme I66,65 Volt. Dieser Zustand entspricht der oooo-Einstellung des
Zählers Wenn jetzt der Zähler auf OOOI vorgeschritten ist, so daß die Röhre 211
nichtleitend ist und der Strom durch den Widerstand I94 um O,OOI Ampere weniger
beträgt als vorher, so steigt das Potential der Klemme 210 gegenüber dem positiven
Pol I8I um 0,01 Volt an. Nach Erreichung der Maximalzahl 9999 wird das Potential
der Klemme 210 gegen den positiven Pol 181 insgesamt um 99,99 Volt gestiegen sein.
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Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß die Werte der Widerstände
I94 bis 209 so sind, daß, wenn der Zähler von oooo auf 9999 vorrückt, der Potentialunterschied
zwischen Klemme 210 und positivem Pol 181 sich um 0,01 Volt für jede Zählereinheit
verringert. Diese Potentialänderung bildet den Ausgang der Übertragereinheit I4,
die in die Vergleichereinheit I5 (Fig. I und 5) eingeführt wird.
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Die Vergleichereinheit Gemäß Fig. 5 ist die Polklemme 210, die der
Ausgangsklemme der Übertragereinheit 14 (Fig.4) entspricht, über einen doppelpoligen
Schalter 235 an den Verbindungspunkt 236 angeschlossen. Der Punkt 236 ist durch
einen Schalter 237 mit der Anode einer Elektronenröhre 329, z. B. einer Pentode,
verbunden. Befinden sich die Schalter 235 und 237 in der gezeigten Stellung, so
kann die Vergleichereinheit eine unbekannte veränderliche Menge, die einem elektrischen
Potential proportional ist, aufnehmen. Das System wird zunächst für ein Arbeitsspiel
mit der Einführung dieser unbekannten Veränderlichen beschrieben.
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Die Kathode 240 der Röhre 239 ist über einen Widerstand 241 geerdet.
Die Steuerelektrode 242 ist durch einen Schalter 243 entweder mit der Klemme 244>
auf die das unbekannte Potential gegeben wird, oder mit Erde verbunden. Das Potential
des Schirmgitters 295 wird durch eine später zu beschreibende Anordnung hinsichtlich
der Kathode 240 konstant gehalten. Das Bremsgitter 245 ist mit der Kathode 240 verbunden.
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Es ist augenscheinlich, daß das Potential der Verbindung 236 bezüglich
Erde von dem Potentialabfall in den Widerständen I94 bis 209 (Fig. 4) abhängig ist,
und zwar sowohl infolge des Anodenstromes in den Röhren der Übertragereinheit 14
und des Anodenstromes der Röhre 239 als auch des Potentialabfalis über den Widerstand
241 als Folge des Anodenstromes in der letztgenannten Röhre. Eine Zunahme des Anodenstromes
der Röhre 239, verursacht durch eine Spannung zwischen Polklemme 244 und Erde, würde
das Potential zwischen der Verbindung 236 und Erde verringern. Eine Verringerung
der Ströme durch eine oder mehrere der Elektronenröhren der Übertragereinheit 14
würde ein Anwachsen des Potentials an dem Punkt 236 verursachen.
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Um dies zu erreichen ist eine Gasentladungsröhre 246 vorgesehen mit
Kathode 247, Steuergitter 248 und Anode 249. Die Steuerelektrode 248 ist über einen
Widerstand 250 mit Punkt 236 verbunden, der Widerstand 25I begrenzt den Anodenstrom.
Um die Zündung der Röhre bei einem definierten Gitterpotential sicherzustellen,
ist ein Reihennetzwerk parallel zur Gasentladungsröhre vorgesehen, bestehend aus
einem Widerstand 252 und einer Elektronenröhre 253, vorzugsweise vom Pentodentyp,
deren Kathode 254 über einen Widerstand 255 geerdet ist. Die Kathode 247 der Gasentladungsröhre
246 ist über einen Widerstand 256 an die Anode 257 der Röhre 253 geschaltet. Die
Steuerelektrode 258 der Röhre 253 ist geerdet. Das
Schirmgitter
259 ist über einen einstellbaren Widerstand 260 mit dem positiven Pol 35 verbunden,
passende zusätzliche Widerstände 26I und 262 sind, wie gezeigt, vorgesehen. Das
Bremsgitter 263 ist mit Kathode 254 verbunden.
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Es sei wieder angenommen, daß zuerst die Zählereinheit (Fig. 3) auf
oooo eingestellt ist, daß der Schalter 243 sich in seiner rechten Stellung befindet
und daß der Widerstand 260 so eingestellt ist, daß die gasgefüllte Röhre 246 gesperrt
ist. Das bedeutet, eine geringe Erhöhung des Potentials am Punkt 236 würde die Gasentladungsröhre
246 zünden, so daß ein positiver Impuls an der Kathode 247 entsteht.
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Es soll jetzt der Schalter 243 sich in seiner linken Stellung befinden,
und auf die Klemme 244 wird ein unbekanntes Potential gegeben. Dies verringert das
Potential des Punktes 236 hinsichtlich der Erde, und die Steuerelektrode 248 der
Gasentladungsröhre 246 wird negativer hinsichtlich der Kathode 247. Wie schon vorher
beschrieben, hat jedoch die Zählereinheit I3 zu zählen begonnen, so daß der Potentialabfall
über die Widerstände I94 bis 209 (Fig. 4) stufenweise verringert wird, bis das Potential
des Punktes 236 genügend angewachsen ist, um die Gasentladungsröhre 246 zu zünden.
Der daraus folgende positive Impuls an Kathode 247 wird über einen Kondensator 264
auf die Steuerelektrode 265 einer Röhre 266 gegeben, die als Kathodenverstärker
arbeitet und deren Kathode 267 über den Kondensator 268 mit der Leitung 65 verbunden
ist.
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Der resultierende positive Impuls am Kathodenwiderstand 269 sperrt
die Steuereinheit II, wie vorher an Hand von Fig. 2 beschrieben ist, und beendet
damit den ersten Teil eines vollständigen Arbeitsspieles.
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Zur Löschung der Gasentladungsröhre 246 unmittelbar nach ihrer Zündung
dient die Röhre 270, deren Kathode 27I mit dem positiven Pol 35 verbunden ist. Ihr
Steuergitter272 ist über Widerstand 273 und Leitung 274 mit dem Punkt 60 des Eingangstriggerkreises
49 verbunden (Fig. 2).
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Weiterhin ist die Steuerelektrode 272 über einen Kondensator 275 geerdet.
Die Anode 276 ist mit der Anode 249 der Gasentladungsröhre 246 verbunden. Ist der
Triggerkreis 49 während des zu messenden Abschnittes jedes Arbeitsspieles eingeschaltet,
so ist der linke Teil der Doppelröhre 50 (Fig. 2) nichtleitend, und das Potential
der Verbindung 60 erzeugt am Gitter 272 der Röhre 270 eine negative Vorspannung,
so daß diese Röhre nichtleitend ist. Nach Zündung der Gasentladungsröhre 246 wird
der Triggerkreis 49 ausgeschaltet, der linke Teil der Röhre 50 wird leitend, und
das Potential der Verbindung 60 steigt so weit an, um die Röhre 270 leitend zu machen.
Der daraus resultierende zusätzliche Stromfluß durch den Widerstand 25I erniedrigt
das Potential der Anode 249 der Gasentladungsröhre 246 unter das der Kathode 247
und löscht damit diese gasgefüllte Röhre.
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Dieser Zustand bleibt bis zum Beginn des folgenden Arheitsspieles
bestehen.
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Damit der Anodenstrom der Röhre 239 proportional zu den Änderungen
des unbekannten Potentials ist, das über Polklemme 244 auf das Steuergitter 242
gelangt, ist es notwendig, die Schirmgitterspannung der Röhre 239 konstant zu halten.
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Hierzu dient die Spannungsregelröhre 277, vorzugsweise mit kalter
Kathode 278, die über ein Impedanzglied, z. B. einen Widerstand 279, geerdet ist
und in deren Anodenkreis ein anderes Impedanzglied, z. B. ein Widerstand 28I, liegt.
Das Schirmgitter 297 der Röhre 239 ist mit der Anode 280 der Regelröhre 277 verbunden.
Parallel zu letzterer ist eine Elektronenröhre 282 vorgesehen, vorzugsweise vom
Tetrodentyp, deren Kathode 283 mit der Kathode 278 der Regelröhre 277 unmittelbar
verbunden ist. Ihr Schirmgitter284 ist mit dem Steuergitter 242 der Röhre 239 verbunden.
Schirmgitter 285 und Anode 286 der Röhre 282 sind gemeinsam mit dem positiven Pol
I8I verbunden. Da die Röhre 282 als Kathodenverstärker arbeitet, erzeugen Potentialänderungen
an der Steuerelektrode 284 infolge Änderung des unbekannten Potentials an den Klemmen244
proportionale Potentialabfälle am Widerstand 279. Die Potentialschwankungen an den
Kathoden 283 und 240 verlaufen daher gleichsinnig. Die Regelröhre 277 hält die Spannung
am Schirmgitter 297 der Röhre 239 konstant, unabhängig von der Größe der unbekannten
Spannung, die zwischen Klemme 244 und Erde auftritt. Die Erzielung einer linearen
Beziehung zwischen dem unbekannten Potential an der Polklemme 244 und dem Anodenstrom
der Röhre 239 stellt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung dar.
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Wie beschrieben, liefert die Zähler- und Trennstufe I3 (Fig. 3) Potentiale
an die Steuerelektroden der Elektronenröhren in der Übertragereinheit 14 (Fig. 4).
Da das Schalten der Triggerkreise in der Zählereinheit von Verzögerungen begleitet
ist, sind während des Schaltvorganges die Potentiale, die von der Übertragereinheit
14 geliefert werden, höher oder tiefer als die Spannungen, die die Zählereinheit
nach Beendigung des Schaltvorganges ergeben. Es ist erwünscht, den Einfluß dieser
kurz ablaufenden Spannungsschwankungen auf das vorzeitige Arbeiten der Vergleichereinheit
zu unterbinden, ohne das Ansprechen des Systems auf die langsam ablaufenden Schwankungen
zu beeinflussen. Hierzu dient die Elektronenröhre 287, vorzugsweise vom Tetrodentyp,
deren Kathode 288 über den Widerstand 289 mit dem positiven Pol2go verbunden ist.
Der Widerstand 289 ist durch den Kondensator 291 überbrückt. Das Steuergitter 292
der Röhre 287 ist über den Widerstand 293 mit der Ubertragerausgangsklemme 210 verbunden,
und eine Impedanz, z. B. ein Kondensator 294, ist zwischen diese Klemme und Kathode
288 der Röhre 287 geschaltet. DieZeitkonstante dieses sogenannten RC-Kreises, bestehend
aus Widerstand 293 und Eingangskapazität der Röhre 287, ist von der gleichen Größenordnung
wie die kurzdauernden Spannungsschwankungen an der Klemme 210 und klein zu den langdauernden
Schwankungen. Das Schirmgitter 295 und die Anode 296 der Röhre 287 sind miteinander
an den positiven Pol 181 angeschlossen.
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Die Röhre 287 arbeitet als Kathodenverstärker, so daß Spannungsänderungen
an dem Steuergitter 292 lineare Änderungen in dem Potential ab fall über den Widerstand
289 bewirken. Der Kondensator 294 wird daher immer gleich hoch aufgeladen und hat
genügend Kapazität, um ein Ableiten irgendwelcher falscher Impulse zu bewirken,
die an der Klemme 210 während des Schaltens des Triggerkreises der Zählereinheit
13 auftreten können. Der Kondensator 29I dient nur zur Stabilisierung, er ist nützlich,
jedoch kein wesentliches Schaltelement.
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Messen einer physikalischen Größe Das bisher beschriebene Ausführungsbeispiel
der Erfindung behandelt die Messung und Anzeige des Wertes eines unbekannten elektrischen
Potentials.
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Der Erfindungsgegenstand ist gleicherweise anwendbar, um eine ziffernmäßige
Verkörperung einer physikalischen Größe vorzunehmen. Dies ist aus Fig. 5 ersichtlich;
dabei sei angenommen, daß sich der Schalter 235 jetzt in seiner linken Stellung
befindet und daß der Schaltarm 237 in der rechten Stellung, d. h. offen ist.
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Eine Kathodenstrahlröhre 300 ist vorgesehen, die einen Fluoreszenzschirm
301, Horizontalablenkungsplatten 302, Vertikalablenkungsplatten 303 und eine Elektronenquelle
304 besitzt. Das Zusatzgerät 305 erzeugt die Ablenkspannungen der Kathodenstrahlröhre
und die Spannungen zur Zentrierung des Elektronenstrahls, welche über die Potentiometer
306 und 307 an die Ablenkungsplatten 302 und 303 geleitet werden. Vor der Kathodenstrahlröhre300
sind einLinsensystem308 und eine Photozelle 309 angeordnet, deren Anode 310 mit
dem Zusatzgerät 305 verbunden ist und deren Kathode 311 über ein Potentiometer 3I2
geerdet ist. Der bewegliche Arm 3I3 des Potentiometers 3I2 ist über den Schalter
235 (in linker Stellung) in Verbindung mit Punkt 236. Die Horizontalablenkungsplatten
302 sind über den Kondensator 3Iq und den Schalter 235 mit der Übertragerausgangsklemme
zIo verbunden. Zwischen dem Fluoreszenzschirm 30I der Kathodenstrahlröhre 300 und
dem Linsensystem 308 ist eine Blende 315 derart angeordnet, daß mit ihr in jeder
gewünschten Weise durch lineare oder Drehbewegung die physikalische Veränderung
gemessen und angezeigt werden kann. Eine Kante 3I6 der Blende 3in ist so gestaltet,
daß eine gewünschte Beziehung zwischen vertikaler Verschiebung der Blende 315 und
dem Abstand der Kante 3I6 von der senkrechten Achse der Blende 3I5 gegeben ist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Kante 3I6 so gestaltet, daß eine proportionale
Beziehung zwischen diesen zwei physikalischen Beziehungen besteht, die Kante 316
kann jedoch auch irgendeine andere Form haben, falls es erwünscht ist.
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Zunächst sei wieder angenommen, daß die Zählereinheit I3 (Fig. 3)
auf oooo eingestellt ist und die Blende 315 sich in Ausgangsstellung befindet entsprechend
der Nullstellung der zu messenden Unbekannten. Dann gelangt das Bild der Spur des
Elektronenstrahls auf dem Fluoreszenzschirm 30I der Kathodenstrahlröhre 300 gerade
ap der Kante 316 der Blende 315 vorbei und wird mittels des Linsensystems3c8 auf
die Photozelle 309 projiziert.
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Hierdurch wird die Photozelle 309 leitend und erzeugt ein positives
Potential am Potentiometer 312, wovon ein bestimmter Teil über den beweglichen Arm
3I3 und Schalter 235 auf die Steuerelektrode 248 der gasgefüllten Röhre 246 gelangt
und diese zündet. Die Löschung erfolgt in der früher beschriebenen Art.
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Wenn die Blende 3in sich nach unten um einen Betrag bewegt hat, der
der zu messenden physikalischen Veränderung entspricht, so unterbricht die Blende
3in die Projektion des Spurbildes auf der Photozelle 309, und letztere wird nichtleitend;
damit tritt auch kein merklicher Spannungsabfall am Potentiometer 312 auf. Zu gleicher
Zeit beginnt die Zählereinheit zu arbeiten und erzeugt eine Spannung an der Übertragerausgangsklemme
210. Dies Potential gelangt an die Horizontalablenkungsplatten 302 und lenkt den
Elektronenstrahl in Richtung der Kante 316 ab. Bei ausreichender Spannung an der
Klemme 210 wird der Elektronenstrahl so weit abgelenkt, daß das Bild seiner Spur
an der Kante 3I6 der Blende 315 vorbeigehen kann und durch das Linsensystem 308
auf die Photozelle 309 projiziert wird. Dadurch wird letztere leitend, und am Potentiometer
312 tritt ein positives Potential auf, wodurch die Steuerelektrode 248 der gasgefüllten
Entladungsröhre 246 positiv wird und das Öffnen und Schließen der Eingangssteuereinrichtung
II in vorher beschriebener Weise erzielt wird.
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Es ist klar, daß der jetzt in der Zählereinheit I3 stehende Wert
eine Funktion der Bewegung der Blende 315 ist und damit gleich der Änderung der
zu messenden physikalischen Größe ist oder in gewünschter Beziehung zu ihr steht.
Die weiteren Arbeitsspiele, d. h. die Verkörperung des Zählerwertes und die Löschung
des Zählers zur Vorbereitung des nächsten Arbeitsganges, erfolgen in gleicher Weise,
wie sie in Verbindung mit dem Messen eines elektrischen Potentials beschrieben sind.