-
Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Ubertragung von an Schaugläsern
sichtbaren Flüssigkeitsständen Zusatz zum teiit 946090
Im Hauptpatent wurde ein Verfahren
zur Messung und Übertragung von an Schaugläsern sichtbaren Flüssigkeitsständen beschrieben,
daß die hinter der Schauglaswandung vorhandene Trennfläche zwischen dem von Flüssigkeit
erfüllten Raum und dem nicht von Flüssigkeit erfüllten Raum optisch abtastet. An
der die Flüssigkeitsstandhöhe kennzeichnenden Trennfläche zwischen flüssigem und
gasförmigem oder dampfförmigem Medium ergeben sich sprunghafte Änderungen der optischen
Eigenschaften, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Abtastmittels auf
den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre übertragen werden. Die optische Abtastung
kann hierbei durch periodisch bewegte oder rotierende Lichtstrahlen oder Lichtstrahlempfänger
erfolgen. Vorzugsweise wird mit einem rotierenden Spiegel gearbeitet, von dem ein
die ganze Länge des Flüssigkeitsstandglases überstreichender Lichtstrahl reflektiert
wird.
-
Die Höhe des Flüssigkeitsstandes ergibt sich dabei aus der Lage einer
Meßzacke, die auf eine gleichzeitig registrierte Kontrollzacke bezogen wird. Der
Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre hat jedoch nur eine so begrenzte Ausdehnung,
daß der Flüssigkeitsstand nicht aus größeren Entfernungen abgelesen werden kann.
In vielen Fällen ist es daher vorteilhafter, wenn die Meßwerte auf einem normalen
elektrischen Zeigerinstrument sichtbar gemacht werden, das sich auch aus größeren
Entfernungen ablesen läßt. Elektrische Zeiger-
instrumente haben
außerdem den Vorteil, daß sich die Meßwerte registrieren lassen und beim Überschreiten
oder Unterschreiten des normalen Flüssigkeitsstandes mit Hilfe von Endkontakten
Signale oder Servoschaltungen sich betätigen lassen, welche die Aufmerksamkeit des
Bedienungspersonals erregen oder selbsttätig eine Korrektur des Flüssigkeitsstandes
veranlassen.
-
Es wurde gefunden, daß man nach dem Verfahren des Hauptpatents gemessene
Flüssigkeitsstandhöhe an einem elektrischen Zeigerinstrument sichtbar machen kann,
wenn die Impulse, die zur Abbildung der Kontrollmarke und der Meßmarke auf dem Bildschirm
einer Kathodenstrahlröhre dienen, einem Untersetzer zugeführt werden, der beide
Impulse in einen einzigen Impuls umformt, dessen Länge dem Abstand dieser beiden
Impulse proportional ist. Der von der Drehbewegung des den abtastenden SpiegeI reflektierenden
Lichtstrahls abgeleitete Impuls steuert hierbei den Untersetzer derart, daß jeweils
eine bestimmte Röhre des Untersetzers kurz vor dem Eintreffen des jeweils an erster
Stelle zu zählenden Kontroll-oder Meßimpulses sich öffnet, so daß die beiden Impulse
stets in der gleichen Reihenfolge gezählt werden.
-
In den Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von
schematischen Darstellungen erläutert.
-
Fig. I zeigt das Zusammenarbeiten des Zeigerinstrumentes mit den
erfindungsgemäß erforderlichen Nebeneinrichtungen; aus Fig. 2 ist die Form der für
die Übertragung auf das Zeigerinstrument in Frage kommenden Impulse ersichtlich,
während Fig. 3 bis 6 Einzelheiten erläutern, die bei verschiedenen Arten der Abbildung
des abtastenden Lichtstrahlweges in Frage kommen.
-
Ein Teil der vom Abtastvorgang gelieferten Impulsspannung wird von
den Zuführungen zu den Meßplatten I und 2 (Fig. I) der Kathodenstrahlröhre abgenommen
und zunächst einer Trennstufe 3 zugeführt. Auf diese Weise können die nachfolgenden
Röhrenstufen die Anzeige in der Kathodenstrahlröhre, die man neben dem Zeigerinstrument
zweckmäßig beibehält, nicht beeinflussen. Hinter die Trennstufe 3 ist ein Untersetzer
geschaltet, wie er beispielsweise in Zählrohrschaltungen für Geiger-Müller-Zählfohre
verwendet wird. Hinter dem Untersetzer 4 liegt ein Amplitudenbegrenzer 5, dessen
Aufgabe weiter unten genauer erläutert wird. Darauf folgt das Anzeigeinstrument
6, - das mit Begrenzungskontakten und mit Anschlüssen7 versehen sein kann, mit deren
Hilfe sich Warngeräte oder Regelvorgänge betätigen lassen. Für die weiter unten
beschriebene Zwangssteuerung, mit deren Hilfe die Impulse in derartiger Reihenfolge,
d. h. vom Kontrollimpuls bis zum Meßimpuls, gemessen werden, ist ein weiterer Kanal
vorgesehen.
-
Von den Zeitplatten 8 und 9 der Kathodenstrahl röhre wird ein die
Impulsreihenfolge steuernder Impuls abgenommen und einer Differenzierstufe IO zugeführt.
Die differenzierte Spannung wird im Gerät ii verstärkt und dann einer Laufzeitkette
12 zugeleitet, deren Aufgabe weiter unten beschrieben wird. Von der Laufzeitkette
I2 gelangen die Impulse mit entsprechender Verzögerung in den Untersetzer 4.
-
Der Untersetzer 4 kann nicht ohne weiteres unterscheiden, in welcher
Reihenfolge die beiden für den Abtastvorgang maßgebenden Impulse, d. h. die Kontrollimpulse
I3 und die Meßimpulse 14 (Fig. 2, obere Reihe), zu zählen sind. Es ergeben sich
dabei zwei verschiedene, an sich gleichberechtigte Impulslängen, die in der zweiten
und dritten Reihe von Fig. 2 dargestellt sind. Auf der zweiten Reihe von Fig. 2
ist die erfindungsgemäß erforderliche Impulsfolge dargestellt, während die dritte
Reihe von Fig. 2 eine Impulsfolge zeigt, wie sie beim unrichtigen Arbeiten des Untersetzers
4 eintritt und vermieden werden muß. Eine derartige Impulsfolge kann man dadurch
vermeiden, daß der Untersetzer 4 eine Zwangssteuerung erhält, mit deren Hilfe der
Kontrollinípuls I3 stets an erster Stelle gezählt wird.
-
Eine derartige Zwangssteuerung ergibt sich, wenn man vor dem Beginn
des auf dem Flüssigkeitsstandgefäß verlaufenden Abtastvorganges einen Signalimpuls
auslöst, der kurz vor dem Eintreffen. des Kontrollimpulses I3 eine bestimmte Röhre
des den Untersetzer 4 bildenden Röhrenpaares stromlos macht, so daß sie erst durch
Einwirkung des Kontrollimpulses 13 wieder Strom aufnimmt (Flip-Flop-Schaltung).
Auf diese Weise erreicht man mit Sicherheit, daß der Kontrollimpuls I3 und der Meßimpuls
14 stets in richtiger Reihenfolge angezeigt werden.
-
Die Erzeugungsart des auslösenden Impulses für die soeben erwähnte
Zwangssteuerung (Zwangsimpuls) ist von der Erzeugung der Ablenkspannung abhängig,
mit deren Hilfe die Stellung des den abtastenden Lichtstrahl reflektierenden Spiegels
registriert wird.
-
Für die Erzeugung des erfindungsgemäß verwendeten Zwangsimpulses
werden nachstehend einige Ausführungsbeispiele gegeben, ohne daß dadurch die allgemein
anwendungsfähige Methode der Zwangssteuerung begrenzt wird.
-
Wenn die Spiegelstellung durch Änderung eines Ohmschen Widerstandes
auf die Zeitplatten 8, 9 (Fig. I) der Kathodenstrahlröhre übertragen wird, dann
verwendet man die aus Fig. 3 ersichtliche Anordnung. Hierbei ist I5 ein Ohmscher
Widerstand, auf dem sich der Schleifkontakt I6 bewegt, der mit dem zur Reflexion
des abtastenden Lichtstrahls verwendeten Spiegel I7 verbunden ist. Der Widerstand
15 besitzt eine Lücke oder Unterbrechung I8, mit deren Hilfe der darüber hingleitende
Schleifkontakt I6 den erfindungsgemäß erforderlichen Zwangsimpuls auslöst.
-
Wenn gemäß Fig. 4 die der Stellung des Spiegels 19 entsprechenden
Impulse fotoelektrisch unter Verwendung einer rotierenden Blende erzeugt werden,
die ihrerseits einen Fassonschlitz 2I trägt, dann kann man den Zwangsimpuls dadurch
hervor-
rufen, daß in die Blende 20 an geeigneter Stelle ein zusätzliches
Blendenloch 22 angebracht wird, das mehr Licht durchläßt, als die andere für die
Registrierung der Spiegelstellung erforderliche Blendenöffnung 2I auf ihrer größten
Breite durchgehen läßt. In der zugehörigen Fotozelle 23, die beim Vorbeigang von
Blendenöffnungen durch eine Lichtquelle 24 bestrahlt wird, entsteht dann ein Spannungsstoß,
dessen Amplitude wesentlich höher liegt als die bei der Spiegelbewegung auftretende
Spannung. Durch an sich bekannte und z. B. in der Fernsehtechnik übliche Anordnungen
läßt sich dieser Impuls von der Kippspannung abtrennen und zur Zwangssteuerung des
Untersetzers 4 benutzen.
-
Wenn die Übertragung der Drehspiegelwinkelstellung mit Hilfe eines
Drehkondensators 25 erfolgt, der einen entsprechenden Scheibenschnitt aufweist,
dann kann man gemäß Fig. 5 den Auslöseimpuls für die Untersetzerzwangsstenerung
durch eine zusätzliche Kondensatorplattenzacke 26 bewirken, die in geeigneter Entfernung
von der zur Übertragung der Abtaststellung dienenden Plattenzacke 27 angeordnet
wird.
-
In Fig. 6 ist eine Zwangsimpulserzeugungsmethode erläutert, die sich
verwenden läßt, wenn die Übertragung der Stellung des den abtastenden Lichtstrahl
reflektierenden Spiegels mit Hilfe einer Sinusspannung erfolgt. Auf der Antriebswelle
des Spiegels 28 ist in diesem Fall eine Blende 29 angebracht, die ein Eisenstüch
30 trägt. Diesem Eisenstück gegenüber liegt eine Induktionsspule 3I.
-
Der dort beim Vorbeigang des Eisenstückes 30 erzeugte Stromstoß durchläuft
den nachgeschalteten Verstärker 32 und wird danach dem Untersetzer 4 zugeleitet.
-
Durch Vermittlung von Laufzeitketten läßt sich die Zwangssteuerung
des Untersetzers 4 unabhängig von der in Fig. 4 bis 6 veranschaulichten Zwangsimpulsauslösung
auch unmittelbar mit Hilfe der von der Spiegelstellung 17, I9, 28 abhängigen Spannungsimpulse
bewirken. Hierzu werden die Spannungsimpulse mit Hilfe eines Widerstands-Kapazität-Gliedes
(RC-Glifed) differenziert. Durch die Differenzierung erhält man Spannungsspitzen,
deren Lage zu dem registrierenden Kontrollimpuls man durch Einschaltung einer Laufzeitkette
in der gewünschten Weise verschiebt. Die hierzu verwendeten Laufzeitketten sind
in der Nachrichtentechnik bereits bekannt. Die Größe und Anzahl ihrer Widerstände
bzw. Kondensatoren werden erfindungsgemäß so gewählt, daß der von der Laufzeitkette
12 (Fig. 1) gegebene Impuls zum gewünschten Zeitpunkt auf den Untersetzer 4 gelangt,
um dort die Steuerung des Stromdurchganges durch die Untersetzerröhren zu bewirken.
-
Man kann die vom Untersetzer 4 gelieferten rechteckförmigen Impulse
unmittelbar dem Drehspulinstrument 6 zuleiten, das diese Impulse integriert und
einen Strom liefert, der, abgesehen von der Impulshöhe, der Impulslänge entspricht,
d. h. dem Abstand der beiden Zacken I3 und 14 (Fig. 2).
-
Damit gibt die Zeigerstellung des Drehspulinstrumentes 6 die Standhöhe
im Flüssigkeitsmeßgefäß richtig an. Hierbei läßt sich das Drehspulinstrument 6 leicht
in Einheiten der Standhöhe des Flüssigkeitsstandglases eichen.
-
Mit Rücksicht auf unvermeidliche Schwingungen der Netzspannung, auf
die Alterung der Röhren und andere Einflüsse läßt sich hierbei eine konstante Impulshöhe
jedoch nicht mit genügender Ge nauigkeit einhalten. Aus diesem Grunde wird für das
erfindungsgemäße Verfahren hinter den Untersetzen 4 noch der oben bereits erwähnte
Amplitudenbegrenzer 5 eingeschaltet. Mit seiner Hilfe wird aus der Gesamtamplitude
des Rechteckimpulses (vgl. Fig. 2, mittlere Reihe) ein bestimmtes Stück herausgeschnitten,
das den oberen Teil dieser Rechtecke unberücksichtigt läßt. Eine derartige Amplitudenbegrenzung
ist zwar aus der Fernsehtechnik bekannt, bei der Fernübertragung von Flüssigkeitsständen
bisher aber noch nicht verwendet worden; Ihre Anwendung gewährleistet eine ruhige
Anzeige des Zeigerinstruments ohne Berücksichtigung der unvermeidlichen Schwankungen
des Flüssigkeitsspiegels.