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Empfangsanordnung einer nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeitenden
Fernmeßanlage Es ist für die Zwecke der tbertragung von Meßwerten nach dem Impulshäufigizeitsverfahren
bekannt, zum Zwecke der Umwandlung der Impulshäufigkeit in einen elektrischen Strom
-im Takt der Fernmeßimp:ulse Energiespeicher, z. B. Kondensatoren, über ein Meßgerät
.zu entladen oder umzuladen. Zwischen dein so erzeugten Strom und der Häufigkeit
der Impulse besteht so lange eine lineare Abhängigkeit, als die Energie, die-bei
jedem Impuls über das Meßgerät entladen wird, unabhängig von der Impulshäufigi.eit
ist. Diese Voraussetzung läßt sich nur so lange genügend genau erfüllen, als die
Zeitkonstante des Stromkreises des Energiespeichers klein gegenüber dem zeitlichen
Abstand zweier Impulse ist. Bei den mit Kondensatoren arbeitenden Fernmeßanlagen
ist die Zeitkonstante durch die Größe der Kapazität und des im Lade- bzw. Entladestromkreis
liegenden Widerstandes, im besonderen des Widerstandes des Meßgerätes, bestimmt.
Steigt die Impulshäufigkeit über ein gewisses Maß, dann zeigt sich, daß die Kondensatoren
nicht mehr vollständig geladen und entladen werden. Damit geht die z. B. für die
Zwecke der Stiminierung mehrerer -Meßgrößen wichtige Linearität zwischen Impulshäufigkeit
und dem am Empf angsort daraus abgeleiteten Strom verloren. tun ist die Geschwindigkeit,
mit der sich bei einer Fernmeßanlage, die nach dem Iinpulshäufigkeitsverfahren arbeitet,
das Anzeigegerät auf einen neuen Meßwert einstellt, von der Impulshäufigkeit abhängig,
weil die Trägheit des Meßgerätes so groß sein muß, daß es auf die einzelnen Impulse
nicht anspricht. Man ist deshalb bestrebt, finit einer hohen Impulshäufigkeit zu
arbeiten. Der Steigerung der Impulshäufigkeit stellen jedoch die obenerwähnten,
bei hoher Impulshäufigkeit entstehenden Abweichungen von der linearen Abhängigkeit
zwischen Impalsbäufigkeit und Strom entgegen. M an kann zur Beseitigung dieses -Mangels
die Zeitkonstante des Stromkreises des Energiespeichers nicht beliebig herabsetzen,
denn eine Verkleinerung des Impulsspeichers vermindert die Energie, die dem Meßgerät
zur Verfügung .gestellt werden kann, und eine Herabsetzung des Widerstandes des
Meßgerätes würde zu einer Verminderung seiner Empfindlichkeit führen. Man ist deshalb
hinsichtlich der Wahl der Impulshäufigkeit und der erreichbaren Übertragun.gsgeschwindigkeit
von Meßwertänderungen begrenzt. Diese Schwierigkeiten werden auch bei einer bekannten
Empfangsschaltung für das Impulshäufigkeitsverfahren nicht behoben, bei der Kondensatoren
über ein Kompensationsgerät
entladen werden, das niit Hilfe eines
durch einen -Motor verstellbaren Widerstandes einen durch das Anzeigegerät fließenden
Strom so tiiistellt, daß seine Größe dein -Mittelwert des durch das Latten und Entladen
der Kondensatoren entsprechenden Stromes entspricht. Diese bekannteAnordnungarbeitetverhältnisn
ia «'ß i II la-ngsain b und ist deshalb für den praktischen B"triel) wenig geeignet.
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Gemäß der Erfindung läßt sich die Abhä nzigkeit des Ladezustandes
der Energiespeicher von der Höhe der Impulsfrequenz vermindern, wenn inan an die
1_ner-iespeicher eine an sich bekannte Verstärkereinrichtung in Boloineteranordnung
anschließt, die mit einem richtkraftlosen Steuerinstrument a,tisgerüstet ist, das
in dein einen Sinn von dein zu messenden Strom, ini anderen Sinn von dem verstärkten
Strom einer Brückenschaltung Leeinflußt wird. Durch die Anwendtin..,z der Verst<irkereinrichtung
wird :der Vorteil erzielt, (lall man die "Leitkonstante des Energiespeichers wesentlich
vermindern kann. Man kann nämlich sowohl den Impulsspeicher, z.B. die Kondensatoren,
verkleinern als auch den Widerstand des von dein Inipalsspeicher gespeisten Steuerinstrumentes
lierabsetzea, weil der Energiebedarf des Steuerinstrumentes sehr klein behalten
werden kann. Dennoch steht dein Hellgerät eine hohe Energie zur -Verfügung, die
vom Verstärker aufgebracht wird. Es gelingt auf diese Weise, die Zeitkonstanten
so klein zu halten, (Maß auch bei hoher Impulshäufigkeit keine :Änderung des Lade-
und Entladezustandes eintritt. Es Zelin-t deshalb, auch die L'bertraguii-sgescli@vindiglceit
von Meßwertsänderungen zu steigern. Die Verminderung der Zeitkonstanten i-,t auch
günstig. weil dann das Verhältnis von Impuls zti Inipfilslücke auf den -Mittelwert
des Stromes keinen oder wenig Einfluß hat. Ein weiterer-Vorteil liegt darin, da#ß
man wegbi des geringen Energiebedarfes der Verstä rkereinrichtung kleine Meßkondensatoren
verwenden und damit die Beanspruchung der Kontakte herabsetzen kann. Außerdem kann
man dein Steuerinstrument leicht einegroß.e mechanische Trägheit geben, daß es den
einzelnen Strominipulsen nicht folgt, weil es, abgesehen von d;n unvermeidlichen
Richtkräften der Stromzuleitung, keine Richtkräfte aufweist. Dadurch werden besondere
Glättungskreise zur Beseitigun1 der auf das Anzeigegerät einwirkenden Stromspitzen
entbehrlich. Durch die Erfin-(lung gelingt es, die Cbertragungsgeschwindigkeit beim
Itnptilsfrequenzverfaliren wesentlich zti erhöhen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt.
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In Abb. i ist niit i ein Fernineßgeber üblicher Bauart für das Irnpulsfrequenzverfahren
bezeichnet. Die Fernmeßiinptilse «-erden dein Ernp-fangsrelais 2 zugeleitet, (las
abwechselnd die Kondensatoren 3 und d. über die Spule des Steuerinstrumentes 5 lädt.
Dieses dient in bekannter Weise zur Steuerung der Größe der Widerstände t?, 7, 8
und 9, die zti einer Brücke zusammengeschaltet sin(1 und üb;@r welche das Anzeigegerät
io gesp°ist wird. Ein Teil des durch das Anzeigegerät über die Brückenwiderstände
fließenden Stroines wird mit Hilfe derWiderstände i i und 12 abgezweigt und der
Spule des Steuerinstrtimentes 5 zugeführt. Durch Verändern dieser beiden Widerstände
kann das Verhältnis zwischen dein dein Steuerinstrument 5 zugeführten 1-leßstrom
und dein durch (las Anzeigegerät io fließenden verstärkten Strom beliebib eingestellt
werden. Uni die Größe der Widerstände 6-9 durch den Zeiger des Steuerinstrumentes
5 zu verändern, kann man eine in Abb. 2 und 3 dargestellte, an sich bekannte Anordnung
verwenden. -Mit Eiife einer dauernd in Sch-wingung gehaltenen Telephonniembran 13
«-erden in bekannter Weise zwei Luftströme mit Hilfe der Düsen 14- und 15 erzeugt.
Min Bereich der Luftströme sind die Brückenwiderstände 6-9 angeordnet; die an die
Brücke angelegte Spannung wird so hoch ;,lewälilt, daß die Widerstände sich ziemlich
stark erwärmen und der Widerstand in einem steilen Bereich der Widerstandstemperaturcharakteristik
liegt. Zwischen den Düsen i-. und 15 ist eine im Zeiger des Stet:ergerätes 5 befestigte
Blende 16 angebracht, die in ihrer Mittellage die Luftströme nicht behindert, bei
Abweichen der Mittellage dagegen den einen oder den anderen L uftstroni verstllt,
damit den kühlenden Linfluß der Luftströme verändert und dadurch ein; Widerstandsändertin
@- und Störtun- (les Brückengleichgewichtes herbeiführt.
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L'in Schwankungen der die Kondensatoren ,; und d. speisenden Batterie
unschädlich zu machen, empfiehlt es sich, das Anzeigegerät io als Kreuzspul-erät
auszubilden und die Spannungsspule dieses Gersites an die die Kondensatoren 3 'und
d. speisende Stromquelle aiizus c lilielien.
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Die beschriebene Anordnung wirkt nun in folgender Weise: Durch das
Umladen der Kondensatoren und d. iin Takt der Feriiiinel3nipulse stellt sich der
-Mittelwert des über die Spule des Steuerinstrumentes 5 fließenden Stromes auf einen
bestimmten, der Meßgröße entsprechenden Wert ein. Durch diesen Strom wird die Fahne
16 abgelenkt, und dadurch das Gleichgewicht der Brücke 6-9 gestört. Es fließt daher
über das Anzeigegerät io ein Strom, von dem ein Teilstrom über den Widerstand 12
ebenfalls der Spule des Steuerinstrumentes 5 zugeführt
wird. Die
Schaltung muß so getroffen werden, daß dieser Strom dem durch die Kondensatoren
erzeugten Ström entgegengerichtet ist; durch diesen Strom wird die Fahne des Meßgerätes
16 zurückbewegt. Sie findet (ihre Ruhelage erst dann, wenn der vom Instrumentenstromabgezweigte
Strom dem Mittelwert des durch die i\leßkondensatoren erzeugten Stroines- entspricht.
Dann ist der durch das Anzeig--gerät io fließende verstärkte Ström ein bestimmtes
Vielfaches des Mittelwertes des Meßstromes der Meßkondensatoren 3 und 4.. Durch
Einstellen der Widerstände i i und 12 läßt sich das Verstärkungsverhältnis der beschriebenen
Anordnung einstet en und auf diese Weise eine einfache Eichung ermöglichen. Das
Steuerinstrument 5 ist richtkraftlos, d. h. es handelt sich hierbei um ein Gerät,
das außer den durch die Stromzuführun.gsleitungen sich ergebenden unvermeidlichen
Richtkräften keine besondere Richtkraft in Gestalt von Federn o. dgl. aufweist.
Die Verwendung eines Gerätes ohne Richtkraft ist vorteilhaft, weil dann die Fahne
16 beim Gleichgewicht zwischen Me ßstrom der Kondensatoren und dem verstärkten Strom
beliebige Stellungen: einnehmen kann und daher unabhängig von der Heizung der Brückenwiderstände
(Bolometerwiderstände) ein dem Meßstroni genant entsprechender Strom im Anzeigegerät
eingestellt werden kann. Der Strom in der Spule 5 ist dann nach erfolgter Einregelung
gleich Null, so daß das bewegliche System des Steuerinstrumentes in der Lage verharrt,
die es eingenommen hat.
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Unter Umständen empfiehlt es sich, der Fahne 16 eine quadratische
oder rhomhoidförmi:ge Gestalt zu gehen, wie in Abb. d. dargestellt ist. Mit Hilfe
einer so ausgebildeten Fahne lassen sich Pendelungen leichter verineid.en als mit
einer Fahne, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist, weil -die durch die Lageänderung
der Fahne 16 hervorgerufenen Widerstandsänderungen geringer sind.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung läßt sich auch bei der Summierung
von lleßgrößen verwenden. Zu diesem Zwecke benutzt man für jede anzuzeigende Summe
und für jeden anzuzeigenden Summanden eine besondere Bolo.meteranordmung. Abb. 5
zeigt eine Summierungsschaltun:g, bei der nur die Spulen der dein Steuerinstrument
5 entsprechenden Geiätedargestellt sind. Die einzelnen Empfangsrelais sind mit 17.
18, i9 und 2o bezeichnet. Diese Relais steuern in der Abb. i beschriebenen Weise
die Meßkondensatoren. Es sei angenommen, daß die Aufgabe gestellt sei, die Summe
der den Empfangsrelais 17 und 18 bzw. i9 und 2o entsprechenden :\Leßwerte anzuzeigen
und außerdem noch die Differenz dieser beiden Teilsummen. Zu diesem Zweck wird in
bekannter Weise ein Dreileitersystem verwendet, in dessen Nullenter das Steuerinstrument
51 eingeschaltet ist, welches die Bolometeranordnung steuert, die zur Speisung .des
Anzeigegerätes dient, welches die Differenz der Teilsummen anzeigt. Zwischen Nulleiter
und dem einen Außenleiter sind die den Empfangsgeräten i j und i8 zugeordneten Meßkondensatoren
angeschlossen, während zwischen dem anderen Außenleiter die den Relais ig und 2o
entsprechenden lleßkondensatoren liegen. In die beiden Außenleiter sind die Steuerinstrumente
52 und 53 eingeschaltet, welche -die Anordnungen zur Speisung der zur Anzeige der
Teilsummen dienenden Anzeigegeräte steuern. Wenn die Einzelwerte angezeigt werden
sollen, dann werden entsprechend der Abb. i in die Leitungen zu den Kondensatoren
die Wicklungen der Steuerinstrumente eingeschaltet, die in Abb. 5 ebenso wie in
Abb. i mit 5 bezeichnet sind.
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Es -ist leicht einzusehen, daß an Stelle de: Meßkondensatoren auch
Drosselspulen als Energiespeicher treten können. Ferner kann man an Stelle einer
Schaltung, bei der wie in Abb. i ein und dieselbe Spule sowohl vom Meßstroin der
Kondensatoren als auch vom verstärkten Strom durchflossen wird; ein Gerät finit
zwei getrennten Wicklungen verwenden. Auch kann man an Stelle eines @elektromagnetischen
Gerätes ein Hitzdrahtinstrument verwenden, welches zwei Hitzdrähte besitzt, deren
Länge miteinander verglichen wird, und bei dem in Abhängigkeit von der Längendifferenz
die die Bolometeranordnung beeinflussende Fahne verstellt wird.
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Um etwa auftretende Stromschwankungen vom Anzeigegerät io fernzuhalten,
empfiehlt es sich, der Stromquelle dieses Gerätes in bekannter `Veise einen elektrisch
g-roßen Kondensator 21, z. B. einen Elektrolytkondensator, parallel zu schalten.
Auch zur Wicklung des Steu.eri.nstrttmentes. 5 kann unter anderem ein solcher Kondensator
parallel geschaltet werden.
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-#Venn es sich in besonderen Fällen ergibt, daß die von einer einzigen
Brückenschaltung abgebbare Leistung zum Betrieb besonders großer Meß- oder Regelgeräte
oder zum Betrieb mehrerer derartiger Geräte nicht ausreicht, -dann kann man mehrere
der beschriebenen .Brücken parallel schalten. Diese Brflcken werden zweckmäßig durch
das gleiche Steuerinstrument gesteuert, welches zwei zur Steuerung der Luftströme
dienende Fahnen besitzt. Diese Fahnen werden zweckmäßig svmmetrisch zum Drehpunkt
des Systems angeordnet. Zur Verstärkung der Luftströme kann man mehrere llembranpumpen,
wie sie in Ab:b. 3 dargestellt sind, parallel schalten. Um zusätzliche Richtkräfte
vom Steuerinstruinent
3 fernzuhalten, kann man die Membranpumpe
doppelseitig wirken lassen, und zwar derart, daß die Saugperiode- an der einen Brücke
mit der Blasperiode an der anderen Brücke zusammenfällt. Man kann auch hier wieder
mehrere gleichphasig wirkende iMeinbranen parallel schalten.