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Verfahren und Vorrichtung zu Abnahme bzw. Aufzeichnung
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von Meßdaten einer Heizungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zu Abnahme bzw. Aufzeichnen von Meßdaten einer Heizungsanlage, -- wie Rauchgastemperatur,
C02, 02 und SO Analyseergebnissen, Rauchdichtemeßungen od. dgl. -- wowie eine Vorrichtung
bzw. ein Gerät hierfür.
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Es ist heute gesetzliche Vorschrift, Heizungsanlagen in der Regel
jährlich insbesondere in Bezug auf von ihnen produziertes Rauchgas zu untersuchen.
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Anhand dieser Ergebnisse erfolgt in der Regel eine Brennereinstellung,
damit zum einen die Umwelt so gering wie möglich belastet wird, zum anderen aber
auch die gesamte Heizungsanlage sparsam arbeitet Zum Ermitteln der einzelnen Meßdaten
ist der Literatur eine große Zahl von Verfahren und Vorrichtungen zu entnehmen.
So beschreibt beispielsweise die DE-PS 25 46 565 ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung der Konzentration von Schwefeldioxyd.
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Die DE-PS 23 03 040 zeigt ein optisches Meßgerät zur Rauchdichtemeßung,
die DE-OS 28 45 440 eine Einrichtung zur kontinuierlichen Meßung des Rußgehaltes
von blfeuerungsabgasen.
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In der Praxis hat sich erwiesen, daß die in der Regel die alljährliche
Meßung der wichtigsten Daten einer Heizungsanlage nicht ausreicht, um die Brennerfunktion
über das gesamte Jahr hinweg optimal zu steuern. Zum anderen arbeiten die bekannten
Meßgeräte oftmals sehr unterschiedlich, so daß zwei Meßergebnisse erheblich voneinander
abweichen können, ohne daß am Brenner eine Veränderung eingetreten ist.
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Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der obengenannten Art zu entwickeln, mittels welchen eine Heizungsanlage über das
gesamte Jahr hinweg mit den gleichen Sensoren überwacht werden kann. Weiterhin soll
es möglich werden, mit Hilfe des Verfahrens und des Gerätes wiederkehrende Steuersignale
an die Heizungsanlage zu übermitteln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Meßdaten über Analog- und/oder
Digitaleingänge einer Schreibeinheit in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Heizungsanlage
übertragen und auf einer Diagrammscheibe aufgezeichnet werden.
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Als Meßdaten kommen insbesondere die Ergebnisse folgender Sensoren
in Betracht: - Rauchgastemperaturfühler, welcher im wesentlichen aus einem temperaturabhängigen
Widerstand in Brückenschaltung besteht
- Kaminzugmeßfühler, ausgestaltet
als Kleindruckgeber mit einem Meßbereich von nur einigen Millimetern Wassersäule
- Rauchgasanalysesensor für C02 und 02 - Rauchdichtemeßfühler, welcher nach der
Methode der Schwärzung eines Spezialpapiers arbeitet, das von einer optischen Meßeinrichtung
überwacht wird, wobei die Rußpartikel im Rauchgas den Lichtstrom abschwächen - Rauchgasanalysefühler
auf S02-Gehalt, welcher nach dem Autokollimationsprinzip (Quecksilber-Niederdrucklampe
mit Reflektor) arbeitet.
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All diese Meßdaten werden über das gesamte Jahr hinweg sichtbar gemacht,
so daß eine Veränderung sofort auffällt und der Brenner, wenn nötig, neu eingestellt
werden kann. Da die entsprechenden Sensoren oder Fühler in der Heizungsanlage ständig
verbleiben, können Abweichungen in der Aufzeichnung nur auf Veränderungen der Brennerfunktion
zurückzuführen sein.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mit der Diagrammscheibe
oder deren Antrieb Funktionen der Heizungsanlage gesteuert werden. Insbesondere
ist dabei an die Umschaltung der Heizungsanlage auf Tag- bzw.
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Nachtbetrieb gedacht. Üblicherweise wird diese Umschaltung von einer
Zeituhr vorgenommen, die sich erübrigt.
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Bei einem Gerät zur Durchführung des Verfahrens sird zur Aufnahme
der von Sensoren ermittelten Meßdaten Kanaleingänge mit Analog- und/oder Digitaleingängen
vorgesehen,
welche die Meßdaten einer von Steuersignalen eines Brenners erregbaren Schreibeinheit
übermitteln, wobei letzterer eine drehbare Diagrammscheibe zugeordnet ist. Da sowohl
Analog- wie auch Digitaleingänge vorgesehen sind, kann dieses Anzeigegerät in Bezug
auf die zu verwendenden Sensoren sehr flexibel sein.
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Um ankommende Meßdaten für die Schreibeinheit vorzubereiten, ist einem
Analogeingang bevorzugt ein Impedanzwandler und nachfolgend ein Umsetzer, ein V/F-Wandler
sowie eine Teilerstufe mit einem Enable-Eingang nachgeschaltet. Dabei bewirkt insbesondere
der Nullpunkt-Umsetzer, daß das Signal auf eine notwendige Basishöhe der entsprechenden
Diagrammscheibenkanalzone angehoben wird, ohne den eigentlichen analogen Meßwert
zu verfälschen. Soll beispielsweise,wie oben angedeutetfdie Diagrammscheibe fünf
verschiedene Meßdaten aufnehmen, so bedarf sie auch fünf verschiedener Zonen. Bevor
die Schreibeinheit nun den tatsächlichen Meßwert auf die Diagrammscheibe aufbringt,
muß die Schreibeinheit erst in diese Zone fahren. Dies geschieht durch den sogenannten
Nullpunkt-Umsetzer. Der V/F-Wandler verarbeitet das analoge Signal zu einer proportionalen
Ausgangsfrequenz, während die Teilerstufe für die zeitgerechte Weiterverarbeitung
nach einem Freigabesignal dient und zugleich als Frequenzteiler für Signalanpassungen
benutzt werden kann.
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Dem Digitaleingang muß lediglich ein Pegelumformer sowie ein als Signaltor
mit einem Eingang für ein Freigabesignal wirkender Empfänger nachgeschaltet zu sein.
Durch den Pegelumformer werden die Meßdatensignale rückwirkunasfrei weitergegeben,
so daß schlechte Eingangssignale keine Rolle spielen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die von den Sensoren ermittelten
Meßdaten bzw. deren Frequenzen dauernd an den Teilerstufen bzw. den Empfängern anstehen,
jedoch blockiert sind, solange nicht ein Freigabesignal erfolgt ist. Dieses Freigabesignal
kann nur von dem Brenner selbst ausgehen. Dabei wird es noch von einem Pegelumformer
bearbeitet sowie gegebenenfalls von einem Einschaltverzögerer aufgehalten. Letzterer
hat insbesondere die Funktion, nach Einschalten des Brenners eine Weitergabe von
Meßdaten solange aufzuhalten, bis der Brenner eine geraume Zeit gelaufen ist und
gegebenenfalls auftretende zu hohe oder zu tiefe Werte beim Einschalten des Brenners
ausgeglichen sind.
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Welcher der unterschiedlichen Kanal eingänge angesteuert wird, d.
h. welche Meßdaten aufgenommen werden sollen, bestimmt ein von einem Oszillator
gesteuerter Decoder mit Ausgängen zu den einzelnen Enable-Eingängen. Kommt ein derartiges
Freigabesignal an der Teilerstufe oder dem Empfänger an, werden die Meßdaten an
ein Mono weitergegeben, welches über einen Servo-Regler einen Motor anhand der Meßdaten
ansteuert.
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Die Bewegung des Motors ist über ein Getriebe auf die Schreibeinheit
übertragbar, wobei diese parallel zur Oberfläche der Diagrammscheibe bewegt wird,
jedoch ohne sie im Augenblick zu berühren. Die Bewegung der Schreibeinheit zu der
Diagrammscheibe hin erfolgt durch ein weiteres Mono , welchem ein Schreibmagnet
gegebenenfalls mit vorgeschaltetem Verstärker zugeordnet ist. Von diesem Monobaustein
führt auch eine Verbindung über einen Verstärker direkt zum Arm der Schreibeinheit,
welcher von dem Verstärker unter Strom gesetzt wird. Zieht nun der Schreibmagnet
die Schreibeinheit an, gerät der Schreiber in Kontakt mit der
Diagrammscheibe
und brennt den Meßwert auf deren Metall-Papier ein. Dem Monobaustein kann gegebenenfalls
eine weitere Einschaltverzögerung vorgeschaltet sein, damit zuerst die Meßwertansteuerur-
abgelaufen ist, bevor ein Aufschrieb erfolgt.
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Nachdem auf diese Art und Weise jeder Kanaleingang gesondert angesteuert
worden ist, gibt der Decoder ein Signal an eine Reset-Einheit, welche sowohl die
dem Brenner nachgeschaltete Einschaltverzögerung,den Decoder und die Teilerstufe
wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Damit kann erst wieder bei
einem neuerlichen Einschalten des Brenners der obenbeschriebene Aufzeichnungsvorgang
ablaufen.
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Der Antrieb der Diagrammscheibe erfolgt über einen Synchron-Motor.
Dieser wird angeregt von einem schwarzgesteuerten Oszillator,der mit einer bestimmten
Taktfrequenz arbeitet. Diese Taktfrequenz wird durch einen Teiler in eine Ausgangsfrequenz
geteilt und an einen Decoder weitergegeben, welcher einen Binärcode erzeugt und1
gegebenenfalls über einen VerstärkerFden Synchron-Motor antreibt. Der Antrieb ist
so ausgelegt, daß eine Motorwelle etwa eine Umdrehung in 40.Sekunden macht. Diese
Drehzahl wird allerdings durch eirnzwischen Diagrammscheibe und Motor eingeschaltetes
Getriebe noch soweit herabgesetzt, daß die Diagrammscheibe in 36 Tagen einmal umläuft.
Dadurch ist eine genaue Überwachung eines gesamten Monats möglich.
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Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß das Getriebe eine zweite
Welle antreibt, welcher Einstellscheiben aufgesetzt sind, die Steuersignale in einem
Initiator, beispielsweise einem Namur-Initiator, zur Steuerung von Funktion der
Heizungsanlage anregen. Hierbei ist
insbesondere an die Steuerung
der Ofenumschaltung auf den Tag- bzw. Nachbetrieb gedacht. Dem Umschalten dient
ein Flip-Flop-Umschalter, welcher mittels Taster auch manuell bedienbar ist.
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Somit dient dieses Anzeigegerät der Registrierung aller wichtiger
Meßdaten, die von entsprechenden Sensoren innerhalb einer Heizanlage aufgenommen
und geliefert werden. Die Aufzeichnung geschieht dabei auf einer runden Diagrammscheibe,
was eine übersichtliche Beurteilung der Meßergebnisse garantiert. Je nach Ausbaustufe
der Heizungsanlagenüberwachung können ein oder mehrere Sensoren in Funktion treten.
Um dieser Flexibilitätsanforderung betreffend das Aufzeichengerät gerecht zu werden,
sind Diagrammscheiben aus Metall-Papier in Ausführungen mit nur einer Kanal zone
bis zu fünf oder mehr Kanalzonen vorgesehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie
anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig. 1: eine teilweise geschnittene Frontansicht
eines Aufzeichnungsgerätes für Meßdaten einer Heizungsanlage; Fig. 2: eine schematische
Darstellung eines Signalflußplanes von Funktionen des Aufzeichnungsgerätes.
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Auf der Frontseite 1 eines Aufzeichnungsgerätes P in einem Gehäuse
2 ist eine Diagrammscheibe 3, axial drehbar gelagert, angeordnet. Das Gerät wird
über einen Netzschalter 4 in Betrieb gesetzt und nimmt über einzeln mittels Schalter
5 einschaltbare Kanaleingänge K1 bis K5 Meßwerte auf, welche von einer Schreibeinrichtung
E auf die Diagrammscheibe 3 übertragbar sind.
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Dabei besteht die Schreibeinrichtung E aus an einem Arm 6 angeordnetem
Schreiber 7, wobei der Arm 6 über eine Drehstange 8 und von einer Stellschraube
9 festlegbar mit einem Schlitten 10 verbunden und dieser entlang einer Welle gegen
den Druck einer Schraubenfeder 12 verschiebbar ist.
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Des weiteren sind zwei Schalter 14 und 15 für Tag/Nacht-Betrieb vorgesehen.
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Jeder der Kanaleingänge K1 bis K5 besitzt nach Fig. 2 zwei Möglichkeiten
der Signalverarbeitung, nämlich einmal einen Analogeingang 20 und zum anderen einen
Digitaleingang
21. Ein ankommendes Analogsignal wird durch einen Impedanzwandler 22 rückwirkungsfrei
mit der Spannungsübersetzung 1 : 1 weitergegeben. Diesem Impedanzwandler 22 folgt
ein Umsetzer (Nullpunkt-Umsetzer) 23 nach, welcher das Analogsignal auf eine notwendige
Basishöhe einer entsprechenden Diagrammscheibenkanalzone 16 (Fig. 1) anhebt, ohne
den eigentlichen analogen Meßwert zu verfälschen. Mechanisch bewirkt dies, daß der
Schreiber 7 in die dem entsprechenden Kanaleingang K1 bis K5 zugeordnete Kanalzone
16 auf der Diagrammscheibe 3 gefahren wird.
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Ein an den Umsetzer 23 anschließender V/F-Wandler 24 verarbeitet das
Analogsignal zu einer proportionalen Ausgangsfrequenz. Eine nachfolgende Teilerstufe
25 bildet ein Signal tor für eine zeitgerechte Weiterverarbeitung mittels eines
Enable-Eingangs 26, wobei die Teilerstufe 25 zugleich als Frequenzteiler für Signalanpassungen
benutzt wird.
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Beim Digitaleingang 21 wird das ankommende Signal durch einen Pegelumformer
27 ebenfalls rückwirkungsfrei an einen Empfänger 28 weitergegeben, welcher ähnlich
der Teilerstufe 25 ein Signaltor mit einem Enable-Eingang 29 bildet.
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Die von -- nicht näher dargestellten -- Sensoren in der Heizungsanlage
ankommenden Signale stehen dauernd an der Teilerstufe 25 bzw. dem Empfänger 28 an.
Zu welchem Zeitpunkt jedoch ihre Weiterverarbeitung, d.
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h. ihre Übertragung auf die Diagrammscheibe 3 erfolgt, hängt allein
von einem Signal an den Enable-Eingängen 26 bzw. 29 ab. Auf diese Weise ist eine
richtige Signalauswahl zum richtigen Zeitpunkt garantiert.
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Mit 30 ist nun ein Brenner einer Heizungsanlage angedeutet, welcher
beim Einschalten ein Steuersignal zu einem Eingang 31 des Aufzeichnungsgerätes P
schickt.
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Von dort gelangt es über einen Pegelumformer 32 zu einem Einschaltverzögerer
33. Letzterer hat die Aufgabe, das Steuersignal solange aufzuhalten, bis der Brenner
30 genügend lange läuft, damit anfängliche unwichtige zu hohe Meßwertausschläge
abgeglichen sind.
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Nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit wird ein Decoder 34
freigegeben, welcher ein Zählregister Q Q3, °5, Q7 und Qg enthält, das von einem
Oszillator 35 gesteuert ist. Steht beispielsweise das Zählregister auf Q so gibt
das Steuersignal die Meßwertfrequenz über die Enable-Eingänge 26 bzw. 29 von Kanal
eingang K1 frei und steuert dann über eine Aufnahmestufe 36 einen weiteren Einschaltverzögerer
37 an.
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Die freigegebene Meßwertfrequenz gelangt über einen Umschalter 40,
eine Aufnahmestufe 41 und ein Mono 42 als Sollwert zu einem Servo-Regler 43. Dort
ergibt die Meßwertfrequenz eine proportionale Steuerspannung, welche verstärkt einen
Motor 44 antreibt. Eine notwendige Rückführung des Ist-Wertes übernimmt ein Servo-Potentiometer
45.
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Die Bewegung des Motors 44 untersetzt ein Getriebe 46 in eine lineare
Bewegung des Schlittens 10,welcher wiederum den Arm 6 sowie den Schreiber 7 bewegt.
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Dabei ist das ganze Steuersystem so aufgebaut, daß die Meßwertfrequenz
direkt proportional zu einer Auslenkung des Schreibers 7 ist.
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Der Einschaltverzögerer 37 ist so eingestellt, daß zuerst die Meßwertansteuerung
und -verarbeitung abgelaufen ist, bevor eine Aufzeichnung erfolgt.
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Dann jedoch triggert der Einschaltverzögerer 37 einen Mono 48 an und
erregt zwei Verstärker 49 und 50. Mit dem Verstärker 49 wird der Arm 6 bzw. der
Schreiber 7 unter Strom gesetzt, während der Verstärker 50 einen Schreibmagnet 51
beeinflußt. Dabei bestimmt der Mono 48 die Zeitdauer, für welche der Schreibmagnet
51 den Arm 6 anzieht, so daß der Schreiber 7 der Diagrammscheibe aufliegt. Diese
ist von einem Metall-Papier belegt, in welche sich der Meßwert einbrennt.
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Nach der Meßwertverarbeitung von dem Kanaleingang K1 verschiebt der
Oszillator 35 das Steuersignal in den Decoder 34 weiter auf Q3. Damit beginnt der
vorstehend beschriebene Arbeitsablauf für die Meßwertfrequenz von Kanaleingang K2.
Dieser stufenweise Vorgang ist erst beendet, wenn der Meßwert aus Kanaleingang K5
über den gesteuerten Ausgang Qg verarbeitet, d. h. registriert ist. Beim nächsten
Impuls des Oszillators 35 gibt der Decoder 34 ein Steuersignal an einen Verteiler
52.
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Dieser wird Signalen aus einer manuellen 53 oder automatischen 54-gesteuerten
Reset-Einheit ausgesetzt und bewirkt ein Reset R sowohl am Decoder 34, am Einschaltverzögerer
33 als auch an den Teilerstufen 25. Damit ist der Registriervorgang für alle Meßwerte
aus den Kanaleingängen K1 bis K5 beendet. Ein neuerlicher Registriervorgang wird
erst wieder durch einen neuen Brennerstart mit entsprechendem Steuerimpuls ausgelöst.
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Getrennt von dieser beschriebenen Meßwertübertragungseinheit ist ein
Antrieb für die Diagrammscheibe 3 zu sehen. In einem quarzgesteuerten Oszillator
56 entsteht eine Taktfrequenz von beispielsweise 64 Hz resultierend aus einer Oszillatorfrequenz
von 4,194 MHz.
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Der an den Oszillator 56 anschließende Teiler 57 teilt das von dem
Oszillator 56 ankommende Signal auf eine Ausgangsfrequenz von 1 Hz. Dieses Signal
wiederum treibt einen Decoder 58 an und erzeugt dabei einen Binärcode, der über
einen Verstärker 59 einen synchronen Motor 60 ansteuert. Letzterer bewegt eine Welle
61 mit einer Drehzahl von etwa einer Umdrehung in 40 Minuten. Ein nachfolgendes
Getriebe 62 für die Diagrammscheibe 3 untersetzt diese Drehzahl derartig, daß eine
Diagrammscheibenwelle 63 eine Umdrehung in 36 Tagen vollführt.
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Das Getriebe 62 enthält jedoch mit einer weiteren Welle 65, welche
eine Umdrehung pro Tag macht, die Möglichkeit, über Einstellscheiben 66 beispielsweise
zwei Schaltpunkte festzulegen, an denen eine Tag/Nachtschaltung initiert wird. Hierbei
entfällt die übliche Zeituhrumschaltvorrichtung. Durch die Einstellscheiben 66 wird
ein Namur-Initiator 67 angeregt, welcher ein Signal über einen Verstärker 68 zum
Umschalten eines Flip-Flop 69 abgibt. Dieser steuert über einen Verstärker 70 eine
Ofensteuerung 71 für einen Tag- bzw. einen Nachtbetrieb des Ofens an. Mit den Tastern
14 und 15 kann manuelle eine Ausgangsstellung für Tagbetrieb oder Nachtbetrieb eingestellt
werden.
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Mit dem Verstärker 70 können aber auch andere externe Steuerfunktionen,
wenn gewünscht, erfüllt werden.
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Da die Diagrammscheibe mit einer Umdrehung in 36 Tagen läuft, ist
es möglich, die Meßwerte eines ganzen Monats aufzuzeichnen, wobei die überschießenden
Tage als Reserve dienen.
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