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Vorrichtung zur Messung und Registrierung der Triebscheibendrelizalil
von Elektrizitätszählern
Es sind eine Reihe von Anordnungen bekanntgeworden, die
zum lichtelektrischen Abtasten von Zählertriebscheiben bestimmt sind. Soweit derartige
Geräte nicht besondere Vorrichtungen zur Impulsgabe an der Triebscheibe oder Zählerwelle
benötigen (Spiegel, Eiinfräsungen usw.), wird zur Impulsgabe der Unterschied zwischen
dem Lichtreflexionsvermögen des hellen Randes der Triebscheibe und der roten. Marke
auf dem Triebscheibenrand benutzt.
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Mit derartigen Geräten können auch plombierte Zähler durch das Fenster
vor der Triebscheibe abgetastet werden.
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Heute tritt darüber hinaus auch der Bedarf nach Geräten auf, die
es gestatten, bereits installierte Zähler über eine längere Zeitdauer ohne Wartung
abzutasten. Es ist z. B. möglich, durch einen Zähler über ein Lichtabtastgerät ein
registrierendes Gerät zu betätigen, ohne einen Eingriff in die elektrische Schaltung
vorzunehmen.
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Die bisher bekanntgewordenen Geräte zur lichtelektrischen Abtastung
der Triebscheibenmarke, die für Zählereichanlagen bestimmt waren, arbeiten -soweit
keine anderen Hilfsmittel auf der Triebscheibe des Zählers als die rote Marke verwendet
werden - nach folgendem Prinzip: Durch eine Lichtquelle wird ein P.unkt des Triebscheibenrandes
beleuchtet. Ein Teil des von dem Triebscheibenrand reflektierten Lichtes fällt auf
ein lichtempfind-
liches Element (z. B. eine Fotozelle), dessen
Widerstand infolge wechselnder Beleuchtungsstärke im gleichen Rhythmus verändert
wird. Da die von dem lichtempfindlichen Element als veränderlichen Widerstand hervorgerufenen
Stromänderungen zur Betätigung eines Relais od. dgl. nicht ausreichen, werden sie
üblicherweise durch eine Röhrenanordnun; verstärkt. Die so verstärkten Impulse werden
zur Betätigung von Stoppuhren oder anderen Eichgeräten benutzt.
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Durch die Verwendung eines Röhrenverstärkers entstehen gewisse, im
folgenden aufgezählte Schwierigkeiten, welche die Betriebssicherheit des Gerätes
herabsetzen und die Ansprüche an die optische Einrichtung und die Sorgfalt der Bedienung
erhöhen: a) Für den Dauerbetrieb, z. B. die obenerwähnten Registrierzwecke, spielt
die Konstanz der Röhren eine ausschlaggebende Rolle. Beim wartungslosen Betrieb
kann das Gerät durch Veränderung der Röhrenkennlinien, z.B. infolge Alterung oder
Spannungsschwankungen. versagen. Abhilfe ist nur durch Stabilisierungsmaßnahmen
mit erheblichem technischem Aufwand zu sdffen. b) Die sichere Steuerung von gittergesteuerten
Gasentladungsröhren und von Gleichspannungsverstärkern vçird um so mehr in Frage
gestellt, je kleiner die zur Verfügung stehende Steuerspannung ist. So hat z. B.
ein solches modernes Rohr kleinster Abmessung eine Zündspannungsunsicherheit von
etwa 2 Volt. Die Steuerspannung muß also groß gegen 2 Volt sein, damit die Zündung
sicher gewährleistet ist. Wenn man auch mit Fotozellen ausreichend hohe Spannungen
erreichen kann, so ist dazu erfahrungsgemäß jedoch eine sehr gute Aus nutzung des
von der Triebscheibe reflektierten Lichtes erforderlich, die nur bei sorgfältiger
Justierung des optischen Systems gewährleistet ist. Bei der Zählereichung ist das
wegen des mit der Justierung verbundenen Zeitaufwandes unerwünscht.
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Bei wartungslosem Dauerbetrieb können geringfügige Verschiebungen
der Optik oder Änderungen des Lichtstromes der Lampe zum Versagen führen. c) Die
genaue Justierung des Abtastkopfes erfordert zum Teil recht umfangreiche optische
Vorrichtungen. Es ist natürlich erwünscht, das Abtastorgan vor dem Zähler möglichst
klein zu halten, damit anderweitige Hantierungen nicht gestört werden. d) Einröhrige
Verstärker mit gittergesteuerten Gasentladungsröhren werden üblicherweise mit Wechselspannung
betrieben, damit die Entladung nach jeder Halbperiode automatisch gelöscht wird.
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Bei so-Hz-Betrieb treten dann Schwierigkeiten auf, wenn die Impulsdauer
bei hoher Zähler drehzahl nicht mehr lang gegen eine Wechselspannungsperiode ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung und Registrierung
der Triebscheibendrehzahl von Elektrizitätszählern, bei der der Unterschied des
Reflexionsvermögens zwischen dem blanken Teil des Triebscheibenrandes und einer
durch vorzugsweise mit roter Farbe markierten Stelle des Triebscheibenrandes mit
Hilfe eines lichtelektrischen Abtastkopfes zur Erzeugung von elektrischen Impulsen
dient, die nach einer elektrischen Verstärkung zur Auswertung gelangen.
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Die oben beschriebenen Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch
überwunden, daß die Verstärkung ein Magnetverstärker bewirkt, dessen bei hoher Zählerdrehzahl
auftretender Verstärkungsabfall durch eine Resonanzschaltung im Steuerkreis desselben
ausgeglichen ist. Die Verwendung des Magnetverstärkers bringt ferner den später
noch näher begründeten Vorteil, daß die Anforderungen an das optische Abtastsystem
und dessen Justierung nicht allzu groß sind, so daß man das aus Fotowiderstand,
Lichtquelle und Linsensystem bestehende Abtastorgan in einem handlichen zylindrischen
Gehäuse unterbringen kann.
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Ein Au sfühnungsbei spiel der Anordnung nach der Erfindung ist in
Fig. I dargestellt.
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Die von dem - seiner grundsätzlichen Anordnung nach bekanntenlichtelektrischen
Geber G mit Lampe B und Fotowiderstand W gelieferten Stromimpulse erzeugen an dem
Widerstand R1 entsprechende Spannungsänderungen, die den Magnetverstärker M steuern,
wobei der Widerstand R2 in bekannter Weise zum Herabsetzen der Zeitkonstante des
Magnetverstärkers dient.
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Da der Magnetverstärker im Gegensatz zu Röhrenverstärkern mit einer
Eingangsspannung von wenigen Millivolt arbeitet, kann R1 sehr klein gewählt werden,
so daß die Fotozelle annähernd im Kurzschluß arbeitet und eine merkliche Impulsverflachung
nicht auftritt.
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Die von dem einstufigen Magnetverstärker verstärkten Stromimpulse
betätigen ein polarisiertes Relais, von dessen Kontakt weitere Eichgeräte oder Registriervorrichtungen
gesteuert werden. Da sowohl der Magnetverstärker als auch das polarisierte Relais
mit seh hoher Konstanz ausgeführt werden können, spricht das Relais auch noch sicher
an, wenn die Impulse z. B. durch schlechte Justierung des Gebers sehr wenig ausgeprägt
sind.
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Der Magnetverstärker hat zwar an sich den Nachteil, daß er Impulse
außerordentlich stark abflacht, wenn sie kürzer sind als einige Perioden der Betriebsfrequenz.
Da bei rasch laufendem Zähler die Dauer des Durchgangs der roten Marke vor der Zelle
bis auf 15 ms zurückgehen kann, ist der Betrieb mit Netzfrequenz nicht mehr ohne
weiteres möglich. Eine höhere Betriebsfrequenz würde aber einen wesentlich größeren
Aufwand zur Frequenzvervielfachung notwendig machen.
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Diese Schwierigkeit wird jedoch durch die Resonanzschaltung im Steuerkreis
des Verstärkers nach der Erfindung behoben, die ebenfalls in Fig. 1 dargestellt
ist. Diese Resonanzschaltung wird durch die Kondensatoren Cj und C2 und durch die
Induktivität L der Steuerwicklung des Magnetverstärkers gebildet. Die Wirkungsweise
sei an Hand der Fig. 2 erläutert. Der für die Verstärkung zu kurze Stromimpuls I
des Fotowiderstandes lädt C, auf.
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Ct entlädt sich im wesentlichen über den Kondensator C2 und die Induktivität
L des Verstärkers.
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Die Form der Entladungsstromkurve ist hauptsäch-
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durch die Eigenfrequenz des Schwingkreises aus den Kondensatoren C, C2 und der Induktivität
L bestimmt. Anders ausgedrückt, siebt der Schwingkreis seine im Frequenzspektrum
des Impulses enthaltene Eigenfrequenz aus. Ist die Eigenfrequenz richtig gewählt,
so hat die erste Halbwelle etwa die Kurvenform s in Fig. 2. Die Stromdauer in der
Steuerwicklung ist also ein Mehrfaches der Impulslänge. Die dabei unvermeidliche
Abflachung der Impulsspitze spielt eine untergeordnete Rolle.
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Durch geeignete Dämpfung des Kreises wird erreicht, daß die zweite
Überschwingung nicht mehr zum nochmaligen Ansprechen des Relais führt. Da der Magnetverstärker
beide Halbwellen der Speisefrequenz ausnutzt, treten die unter d) erwähnten Schwierigkeiten,
die bei Thyratrons zu erwarten sind, nicht auf.
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Den Abtastkopf, der bei der Erfindung zur Anwendung gelangt, zeigt
Fig. 3. Der Magnetverstärker kann durch einen Kadmiumsulfidkristall W von nur 2
X4 mm Fläche als Fotowiderstand gesteuert werden. Dieser Kristall wird mit der Lampe
B und dem Kondensor IC in einem zylindrischen Körper untergebracht, wo er wegen
seiner Kleinheit neben der Optik Platz findet. Man erhält dadurch einen einfachen
zylindrischen Abtastkopf, der mit seiner Längsachse auf den sichtbaren Triebscheibenrand
gerichtet ist, die Sicht auf den abzutas-tenden Zähler nicht stört und leicht in
einer beliebigen Halterung untergebracht werden kann.
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Zusammenfassend bietet die Vorrichtung nach der Erfindung gegenüber
bekannten Geräten folgende Vorteile: I. Wegfall von Röhren. Durch die Anwendung
des magnetischen Verstärkers ergibt sich hohe Betriebssicherheit und -konstanz.
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2. Geringe Anforderungen an die Justierung des Gebers und an die
Beleuchtung.
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3. Durch Verwendung eines geringen Vorwiderstandes werden die Impulse
des lichtempfindlichen Elements nicht wesentlich abgeflacht. Die Zuleitung von der
Fotozelle zum Verstärker, die meist als flexible Litze ausgeführt werden muß, ist
nicht hochohmig abgeschlossen und dementsprechend gegen Störeinflüsse unempfindlich.
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4. Auch sehr kurze Impulse bei rasch laufendem Zähler können sicher
abgetastet werden.
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5. Durch die geringeren Anforderungen an den Geber läßt sich dieser
in einer einfachen zylindrischen Form herstellen, wobei der Fotowiderstand mit in
die Optik eingebaut wird.