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Anordnung zum Erzeugen einer Impulsfolge, deren Impulshäufigkeit von
dem Ausschlag eines Meßwerkes abhängig ist ' In der Meßtechnik liegt häufig die
Aufgabe vor, eine Impulsfolge zu erzeugen, deren Im-Pulshäufigkeit von dem Ausschlag
eines Meßwerkes abhängig ist. So wird z. B. für die Fernübertragung von Meßgr ößen
das bekannte Impulsfrequenzverfahren benutzt, wobei die Impulshäufigkeit der zu
übertragenden Meßgröße entsprechen soll. Ferner ist ein Verfahren zur Zählereichung
bekanntgeworden, bei dem eine Impulsfolge erzeugt wird, deren Impulshäufigkeit dem
Laufe des zu eichenden Zählers entspricht und diese mit einer Impulsfolge .verglichen-
wird, die der betreffenden Meßgröße proportional ist.
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In beiden Fällen hat man bisher die betreffenden Impulsfolgen- -unter
-Verwendung von Elektrizitätszählermeßwerken erzeugt. Dieses Verfahren hat aber
den Nachteil, daß Zählermeßwerke infolge der Zapfenreibung und aus anderen Gründen
nicht die Meßgenauigkeit eines anzeigenden Meßinstrumentes erreichen.
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Andererseits ist eine Anordnung zum Erzeugen einer Impulsfolge, deren
Impulshäufigkeit von dem Ausschlag eines Meßwerkes abhängig ist, bekanntgeworden,
bei der das Meßwerk ein Lichtstrahlenbündel steuert, das auf eine zylindrische Auffangfläche
fällt, die mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft und derart mit schlitzartigen
Durchlaßöffnungen versehen ist, daß das Lichtstrahlenbündel je nach seiner Ablenkung
durch das
Meßwerk während einer Umdrehung durch eine verschieden
große Anzahl der Öffnungen auf eine Fotozelle trifft. Dabei sind die chlitzförmigen
Durchlaßöffnungen 5ämtlicli s s
in Richtung der Erzeugenden des Zylinders.
also rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Zylinderfläche in gleichen Abständen
angeordnet, aber in der Länge entsprechend abgestuft. An diese schlitzförmigen Durchlaßöffnungen
schließt sieh ein über die ganze _ Breite des Zylinders erstreckendes Fenster an
und sodann eine undurchsichtige Fläche. Uni diese Anordnung zum Fernübertragen der
durch (las Meßwerk angezeigten Meßgröße zu benutzen; ist an die Fotozelle über Verstärker
und ein Relais eine Fernleitung angeschlossen. die zu einer Empfangsanordnung führt.
Diese besteht aus einer Reihe von Relais und einer durch drei Elektromagnete gesteuerten
Zeigeranordnung. Dabei arbeiten die drei Elektromagnete finit Hilfe von Schaltwerken
und anderen kinematischen Getrieben in der Weise auf die Zeigeranordnung, daß der
Zeiger der Empfangsanordnung bei jeder C"uidrehung der zv lin.driselien Auffangfläche
abatzweise dein jeweiligen Ausschlag des Meßwerkes entsprechend eingestellt wird.
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Diese bekannte Anordnung hat also, abgesehen von der verhältnismäßig
verwickelten und daher leicht zu Störungen geneigten Bauart der Empfangseinrichtung,
den Nachteil, daß der Zeiger des Empfängers clen Au3-schlägen des Meßwerkes nicht
kontinuierlich folgt. Demgegenüber wird durch die vorliegende Erfindung die Aufgabe
gelöst, eine Impulsfolge zu erzeugen, deren Impulshä ufiglceit in jedem Augenliliel;
genau dem Ausschlag des Meßwerkes entspricht, wobei die gleichen verhältnismäßig
einfachen und betriebssicheren Empfangsgeräte benutzt werden können, wie sie hei
dem bekannten Impulsfrequenzverfahren der Fernmessung Viblich. sind und eine kontinuierliche
Gbertrarung des \Teßwerl:aussclilages ermöglichen.
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Dies wird hei einer Anordnung zum Erzeugen einer Impulsfolge, deren
Impulshäufigkeit von dem Ausschlag eines Meßwerkes abhängig ist, bei der das Meßwerk
ein Lichtstrahlenbündel steuert, das auf eine zylindrische Auffangfläche fällt,
die mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft und derart mit schlitzförmigen
Durchlaßöffnungen versehen ist, daß das Lichtstrahlenbündel je nach seiner Ablenkung
durch das Meßwerk während einer Umdrehung durch eine verschieden große Anzahl der
Öffnungen auf eine l', otozelle trifft, gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß
die schlitzförmigen Durchlaßöffnun-en derart gegen die Bewe-un-srichtung der Auffangfläche
geneigt sind, daß der Abstand der Schlitze voneinan#ler, gemessen in der Bewegungsrichtung,
in der Richtung der Ablenkung des Lichtstrahlenbündels sich stetig ändert.
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Fig. i in der Zeichnung ist eine schemati#clid Darstellung eines Ausführungsbeispiels
(leg' @:rfindutig, wobei Fig. 2 die Auffangfläche in der Abwicklung veranschaulicht.
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1# ig. 3 zeigt die Anordnung eines Zwischenspiegels zum Beeinflussen
der Abhängigkeit der Impulsfrequenz von der lIeßgröße.
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Fig..I veranschaulicht die Verwendung der t?rfindung für eine Fernmessung
und Fig. 5 für eine Einrichtung zum Zählereichen.
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Eine Lichtduelle .Io beleuchtet mittels einer Linse .4i eine Spaltblende42,
deren Längsausdehnung senkrecht zur Zeichenebene liegt. [--'in (ybjel:tiv 43 erzeugt
nun ein Bild der S S ZD paltblende 42. wobei das Lichtstrahlenbündel über
einen \leßwerl:spiegel,.4. und eine Zylinderlinse 45 derart geleitet wird, da..`3
-ein im wesentlichen punktförmiges Bild der Blende 4.2 auf einer Auffangfläche 4.6
entsteht, die auf (lern Umfang einer zylindrischen "Trommel 4., angeordnet ist.
Der Meßwerkspiegel 4.4. wird von einem Meßwerk 48 gesteuert, dessen Ausschlag in
eine entsprechende trnpulsfolge umgewandelt werden soll.
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Zu diesem Zweck ist die Auffangfläche .1G, wie in Fig. 2 dargestellt,
mit schlitzförmigen Durchlaßöifnungen versehen, durch die das Lichtstrahlenbündel
auf einen im Innern der Trommel 4.; angeordneten Hohlspiegel .1d fallen kann, der
das Licht auf eine Fotozelle 5o leitet. Die Trommel -1 -; ist in einem Lager 51
um ihre Achse drehbar. Der Antrieb erfolgt über ein l'bersetzungsgetriebe 52 von
einem Triebwerk, z. B. von einem Synchronmotor 53, der von einem Wechselstromnetz
geregelter Frequenz gespeist wird, so daß er die Trommel finit genau gleichbleibender
Drehzahl antreibt.
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Wie man aus Fig. a erkennt, sind die schlitzförmigen Durchlaßöffnungen
gegen die Längsrichtung des Streifens, also gegen die Richtung der Bewegung derart
geneigt ange-
ordnet, daß der Abstand der Schlitze, geniessen in Richtung
der Bewegung, z. B. an der linken Seite des Streifens kleiner ist als an der rechten
Seite und von links nach rechts stetig zunimmt.
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Wenn nun die Auffangfläche 46 mit gleichbleibender Geschwindigkeit
bewegt wird, so wird das auf die Fläche fallende Licht nur dann hindurchgehen, wenn
das von der Blende 4.2 entworfene punktförmige Bild gerade auf einen der Schlitze
fällt, und die Frequenz, mit der die Fotozelle 5o periodisch beleuchtet wird, ändert
sich stetig mit der Lage des
Lichtpunktes-auf der Auffangfläche,
also mit dem von dem Ausschlag des Meßwerkes q.$ abhängigen Ablenkwinkel des Lichtstrahlenbündels.
Die von der Fotozelle 5o erzeugten elektrischen Impulse sind also abhängig von (lern
Ausschlag des Meßwerkes 48..
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Die Mantelfläche der Trommel 47 kann z. B. aus Metallblech hergestellt
sein, in das entsprechende Schlitze eingefräst sind. Man kann aber die Trommel auch
aus durchsichtigdm Werkstoff, z. B. Glas, herstellen und auf 'der Mantelfläche mit
einer lichtundurchlässigen Schicht überziehen, .die an den Durchlaßöflfnungen ausgespart
ist. Diese Schicht kann auch auf fotografischem Wege hergestellt werden.
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Wenn der für Umwandlung in eine Impulsfolge zu benutzende Ausschlagwinkel
a des Meßwerkspiegels 4.4. und damit auch der Ablenkwinkel 2 a des Lichtstrahlenbündels
Sehr klein ist, so besteht mit großer Annäherung Proportionalität zwischen dem Ausschlag-Winkel
a und der entsprechenden Bewegung des Lichtpunktes auf der Auffangfläche :I6, so
daß die Impulsfrequenz linear von dem Au.sschlagwinkel a abhängig ist. Wenn nun
auch eine lineare Beziehung zwischen dem Winkel a und der Meßgröße besteht, so besteht
somit eine lineare Beziehung auch zwischen der Impulshäufigkeit und der i1leßgröße,
was häufig gefordert wird. Ist aber eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so kann
man gegebenenfalls einen entsprechenden Ausgleich durch optisch,-, 1,Iittel schaffen,
z. B. indem man zwischen dem Meßwerkspiegel und der Auffangfläche einen Zwischenspiegel
anordnet, dessen Form so gewählt ist, daß die Frequenz der von der Fotozelle erzeugten
Impulse linear von der dem Meßtv erk zugeführten Meßgröße abhängig ist.
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Eine derartige Anordnung ist schematisch in Fig. - dargestellt, wobei
die Bezeichnungen 4.o bis 4.4, 46 und 4.8 die gleiche Bedeutung haben wie in Fig.
i. Zwischen dem Meßwerkspiegel und der Auffangfläche q.6, die nur durch eine Linie
angedeutet ist, befindet sich ein Spiegel 54, dessen Form durch an sich bekannte
Mittel so einstellbar ist, daß eine lineare Beziehung zwischen der Bewegung des
Lichtpunktes auf der Auffangfläche 4.6 und der Meßgröße besteht, so daß auch die
erzeugte Impulsfrequenz linear von der 'Nleßgröße abhängt.
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Um die von der Fotozelle 5 o erzeugte Impulsfolge zur Fernübertragung
der Meßgröße zu benutzen, kann man, wie in Fig. 4. dargestellt, die Impulse über
einen Verstärker 55 und eine Fernleitung 56 einer an sich bekannten Einrichtung
zur Impulsfreq.uen:zmess.ung zuführen, Eine solche besteht z. B. aus einem Umschaltrelais
57,' dessen Wicklung 58 die Impulse zugeführt werden. Dadurch werden mit
Hilfe einer Stromquelle 59 in an sich bekannter Weise Kondensatoren 6o, 61 geladen
und über ein Anzeigeinstrument 62 entladen, dessen 1Ießwerlt mit genügender Trägheit
versehen ist, so daß der Ausschlag u'er mittleren Stromstärke entspricht. Dabei
ist es von Bedeutung, d.aß man z. B. mit einem Zwischenspiegel nach Fig. 3 den Skalenverlauf
des Empfangsinstrumentes 62 nach Wunsch in der einen oder anderen Richtung beeinflussen
kann.
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Fig. 5 zeigt eine Zählerprüfeinrichtung, bei der die Erfindung dazu
benutzt wird, eine Vergleichsirnpulsfolge zu erzeugen, die von dem Ausschlag eines
Leistungsmessers abhängig ist, der als Normalinstrument dient.
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Die Meßwerkscheibe i des zu eichenden Zählers ist, wie - üblich, mit
einer farbigen Marke ? versehen. Um eine Impulsfolge zii erzeugen, deren Impulshäufigkeit
von dem Lauf des zu eichenden Zählermeßwerkes abhängig ist, ist eine Lichtquelle
3 vorgesehen, die über eine Optik .4 die Zählerscheibe i bestrahlt. so daß das zurückgeworfene
Licht eine Fotozelle 5 beleuchtet. Dabei ändert sich die Beleuchtung jedesmal, wenn
die Market bestrahlt wird. Dadurch werden in an sich bekannter Weise Impulse erzeugt,
die über einen Verstärker 6 der Wicklung 7 eines Elektromagneten zugeleitet werden:
dessen Anker 8 bei jedem Stromstoß angezogen wird und einen Kontakt 9 schließt.
Damit wird der Stromkreis einer Hilfsstromquelle io über zwei Elektromagnetwicklungen
i i, 12 und einen Ruhekontakt 13 geschlossen, wobei der Kontakt 9 durch einen von
dem Anker i des Elektromagneten i i betätigten Kontakt 15 überbrückt wird.
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Durch den Anker 16 des Elektromagneten 12 wird nun ein Druckknopf
17 betätigt. Dadurch wird ein Zeiger 18 einer Zwillingsstoppuhr i9 mit dein nicht
besonders dargestellten Uhrwerk gekuppelt, wobei .der Zeiger 18 sich, ausgehend
von der Nullstellung, vor einem Ziffernblatt 2o dreht. Gleichzeitig mit dem Anker
8 wird von dem Elektromagneten, 7 noch ein Anker 21 angezogen, der eine Schaltklinke
bewegt, die ein Schaltrad 22 jedesmal um eine Teilung weiter dreht. Dabei können
die Anker 8 und 21 auch z:u einem Bauteil vereinigt sein. Mit dem Schaltrad 22 ist
eine Nockenscheibe 23 einstellbar verbunden, auf der eine Feder 24. schleift, die
mit dem Kontakt 13 zusammenarbeitet.
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Nach einer durch die Einstellung der VTokken:scheibe 22 wählbaren
Anzahl von Stromstößen fällt die Nase der Feder 24 von der \ockenscheibe ab und
öffnet den Kontakt 13. Dadurch wird der Stromkreis der Hilfsstromquelle io unterbrochen
und somit die Kupplang
des Zeigers 18 mit dem Uhrwerk gelöst, so
daß der Zeiger stehenbleibt.
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Im wesentlichen in der gleichen Weise wird ein Zeitzeiger 25 von der
Fotozelle 5o einer Anordnung gemäß der Erfindung gesteuert, wobei der betreffende
Druckknopf 28 durch den Anker 29 eines Elektromagneten 3o betätigt wird. Diese Anordnung
kann z. B. entsprechend Fig. i gebaut sein, wobei in Fig. 5 die gleichen Bezeichnungen
für die gleichen Teile gewählt sind. Dabei ist 4.8 das Meßwerk eines Präzisionsleistungsmessers,
der als Lichtzeigerinstrument ausgebildet ist. Die Fotozelle 5o erzeugt dann eine
Vergleichsimpulsfolge, deren Impulshäufigkeit linear von der dem Leistungsmesser
und dem zu eichenden Zähler zugeführten Leistung abhängig ist.
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Die Eichung gelt nun in folgender Weise vor sich Angenotnmen, die
von dein Meßwerk 4.8 gesteuerte Anordnung erzeuge 2ooo Impulse je Kilowattstunde
und der zu eichende Zähler mache iooo Umläufe je Kilowattstunde, vorausgesetzt,
daß er fehlerlos läuft. Wenn nun die beiden Zeiger 18 und 25 nach dem Abstoppen
die gleiche Zeit anzeigen sollen, so muß offenbar die Anzahl der Impulse bzw. Umdrehungen
entsprechend der jeweiligen Zählerkonst.ante gewählt werden.
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Man kann deshalb z. B. die Nockenscheibe 23 so einstellen, daß sie
nach sechs Umdrehungen des zu eichenden Zählermeßwerkes einen Druckknopf 17 betätigt
und damit den Zeiger 18 stillsetzt, während die entsprechende Nokkenscheibe auf
der Seite des Vergleichsinstrumentes so eingestellt wird, daß, sie mittels des Druckknopfes
28 den Zeiger 25 nach zwölf Umdrehungen stillsetzt. Wenn der Zeiger 25 nun z. B.
nach 6o Sekunden stehenbleibt und der Zeiger i8 nach 55 Sekunden, was man an dem
Zifferblatt 2o ablesen kann, so ist dies ein Zeichen, daß der zu eichende Zähler
im Verhältnis 55 : 6o vorgelaufen ist. Der Fehler beträgt also -i- %0 oder -I- 8,33
°/°. I!@ Um den Fehler in Prozenten unmittelbar ablesen zu können, kann die in der
Zeichnung angedeutete Einrichtung vorgesehen werden. Das Zifferblatt :2o trägt am.
Rande noch eine logarithmische Teilung ähnlich wie bei einem Rechenschieber. Sie
ist umgeben von einer gleichen logarithmischen Teilung, die auf einem mittels eines
Knopfes 31 drehbaren Ring 32 angebracht ist. Der Ring 32 trägt null an seinem äußeren
Rande eine zweite Teilung, die mit der aiif dem inneren Rande angebrachten übereinstimmt.
jedoch ist die Bezifferung so gewählt, daß dem Wert ioo auf der inneren Skala die
Bezeichnung o l/, auf dem äußeren entspricht und die betreffenden - Teilstriche
links davon .mit -1- i0°/0, -r @o°@"" usw. und rechts davon mit -1o°%0, =200j° usw.
bezeichnet sind. Gegenüber (lem Teilstrich ioo auf der festen logarithmischen Skala
ist eine feste Marke 33 angeordnet.
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Wenn nun z. B., wie gezeichnet, der Zeiger 25 auf dem Teilstrich 6o
und der Zeiger 18 auf dem Teilstrich 55 stehengeblieben ist, so dreht man mittels
des Knopfes 31 den Ring 32 so, daß der Teilstrich 55 auf der inneren Skala des Ringes
32 dem Teilstrich 6o auf der äußeren Skala der Scheibe 2o gegenübersteht. Dann kann
man den Fehler des zu eichenden Zählers an der Stellung der äußeren Skala des Dinges
32 gegenüber der festen Marke 33 unmittelbar in Prozent ablesen.
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Um nun den Fehler des zu eichenden Zählers bei einer beliebigen anderen
Belastung, z. B. bei 5o'/, der \ ennlast zu bestimmen, benutzt man zweckmäßig einen
- sog. Anpassungswandler zum Anschluß des Leistungsmessers .I8. wobei man das Übersetzungsverhältnis
dieses Wandlers jeweils so wählt, daß der Leistungsmesser stets mit Vollast arbeitet.
In diesem Falle muß man das Verhältnis der Impulszahlen durch entsprechende I3instellung
der N ockenscheibe passend wählen. Bei 5o°/0 der .Nennlast kann zu diesem Zweck
z. B. die von dem Leistungsmesser herrührende Impulszahl auf sechs statt auf zwölf
oder die von dem zu eichenden Zähler erzeugte Impulszahl auf zwölf statt auf sechs
eingestellt werden. Dadurch erreicht man, daß der Leistungsmesser nur an einem Belastungspunkt
genau geeicht zu sein braucht.
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Die Schrägung der schlitzförmigen Durchlaßöffnungen in der Auffangfläche
.I6 kann -dann so gewählt werden, daß die Impulshäufigkeit innerhalb der durch die
zu erwartenden geringen Leistungsschwankungen gegebenen Grenzen geändert wird. Da
es leicht möglich ist, innerhalb dieses kleinen Skalenbereichs die Meßfehler des
Leistungsinessers sehr klein zu halten, ist auf diese Weise eine sehr genaue Bestimmung
der Meßfehler des zu eighenden Zählers unabhängig von etwaigen Leistungsschwankungen
möglich.