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Direkt und trägheitsarm schreibender Oszillograph mit elektrolytisch
beeinflußbarem Registrierband Bei schreibenden Meßgeräten mit sofort sichtbarer,
bleibender Registrierung erfolgt die kurvenmäßige Darstellung eines veränderlichen
Vorganges, z. B. eines elektrischen Spannungs- oder Stromverlaufes, vorzugsweise
in der Weise, daß der Schreibstift eines Schreibsystems aus seiner Ruhelage heraus
je nach dem augenblicklichen Wert der den darzustellenden Vorgang kennzeichnenden
Meßgröße ausgelenkt wird und daß eine seiner Bewegung entsprechende Spur auf einem
Registriermittel, z. B. einem Papierstreifen, erzeugt wird, der sich senkrecht zu
der Schreibbewegung des Stiftes bewegt. Solche Meßgeräte sind lediglich für die
Registrierung verhältnismäßig langsamer Vorgänge geeignet.
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Oszillographen dieser Art genügen knapp für die Registrierung von
Schwingungen einiger hundert Hertz. Bei zunehmender Frequenz der aufzuzeichnenden
Schwingungen nimmt die Schwingweite eines mechanischen Systems sehr stark ab, so
daß zur Bewegung des Schreibstiftes große Leistungen notwendig werden, zumal auch
die Lagerung sowie die durch Federung erzeugte Rückstellkraft einen beachtlichen
Leistungsaufwand erfordern.
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Es sind weiterhin Oszillographen bekanntgeworden, mit denen Schwingungen
des gesamten Tonfrequenzbereiches aufgezeichnet werden können. Sie sind als Schleifenoszillographen
bekannt. Bei ihnen werden jedoch die aufgenommenen Kurvenzüge erst nach einem umständlichen
Entwickeln der Aufzeichnungen in der Dunkelkammer sichtbar.
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Ebenso sind Kathodenstrahlröhren (Braunsche Röhren) bekannt, bei
denen die Registrierung normalerweise auch auf photographischem Wege erfolgt.
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Mit Hilfe dieser Röhren sind zwar Schwingungen bis zu den höchsten
Frequenzen registrierbar, jedoch ist außer dem umständlichen Entwickeln der für
Kathodenstrahlröhren notwendige große Aufwand zu berücksichtigen.
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Dieser Aufwand bleibt auch dann bestehen, wenn mittels eines solchen
Röhrensystems auf einer Fläche aus elektrisch isolierendem Material, z. B. der inneren
Fläche des Kolbenbodens der Röhre, dem Meßvorgang entsprechend Ladungen aufgebracht
und die Kurvenzüge in bekannter Weise durch Bestäuben der äußeren Kolbenwand sichtbar
gemacht werden, so daß kein Photographieren und Entwickeln nötig ist. Ohne Kathodenstrahlröhre
mittels Ladungen auf solchen Flächen Oszillogramme, sogar Bilder, aufzuzeichnen,
ist ebenfalls bekannt, jedoch sind für den Transport der Ladungseinrichtung an die
Stellen, an denen die Ladungen jeweils aufgebracht werden sollen, wieder mechanische
Mittel erforderlich, so daß die Aufzeichnung schneller Vorgänge aus bereits erläuterten
Gründen nicht möglich ist. Solche Einrichtungen sind
praktisch nur dort brauchbar,
wo die Ladungseinrichtung nicht in Abhängigkeit von einer Meßgröße bewegt zu werden
braucht, z. B. bei der Aufzeichnung von Vorgängen in Sprossenschrift beim Tonfiltn
od. dgl. Das Bestäuben von Ladungen tragenden Isolationsfiächen bedeutet aber überdies
eine lästige Arbeit. Auch das bekannterweise innerhalb der Aufnahmeapparatur automatisch
erfolgende Bestäuben sowie das Fixieren der Aufnahmen stellt hinsichtlich des notwendigen
Aufwandes einen großen Nachteil dar.
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Es sind auch mechanische Schreibgeräte bekannt, bei denen die Aufzeichnung
auf einem besonders präparierten Registriermittel durch elektrochemische Einwirkung
erfolgt, wie das z. B. bei der Bildtelegraphie geschieht. Das sofortige Registrieren
veränderlicher Vorgänge (Oszillographieren) auf diese Art ist ebenfalls seit langem
bekannt und hat sich bewährt, jedoch war dieser Weg für die Registrierung sehr schneller
Vorgänge ebenfalls nicht gangbar, da die schreibende Elektrode stets eine Masse
darstellt und da somit zu deren Steuerung wiederum verhältnismäßig große Trägheitskräfte
zu überwinden sind.
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Es ist an dieser Stelle noch besonders darauf hinzuweisen, daß schreibende
Meßgeräte im allgemeinen mechanisch sehr empfindlich sind. Dies gilt sowohl für
solche, bei denen Trägheitskräfte zu überwinden sind, als auch für diejenigen, die
trägheitslos schreiben.
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Braunsche Röhren z. B. mit ihrem recht komplizierten, im Glaskolben
untergebrachten System sind sehr stoßempfindlich.
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Es sind auch nach dem magnetischen Grenzlinienverschiebungsverfahren
arbeitende Registriergeräte bekanntgeworden. Bei diesen Verfahren entsteht das Schriftbild
durch eine sich in der Farbe von der Gesamtfläche unterscheidende und dadurch abhebende
Grenzlinie, die in gewisser Hinsicht in ähnlicher
Weise entsteht,
wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
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Die Erfindung betrifft nun ein elektrolytisches Verfahren, bei welchem
- wie beim Grenzlinienverschiebungsverfahren - kein beweglicher Schreibgriffel vorgesehen
ist, so daß jegliche träge Masse entfällt, die etwa den Frequenzbereich einengen
könnte. Der Nachteil des magnetischen Verfahrens besteht im wesentlichen darin,
daß der Kontrast der Färbungen vielfach nicht die für die visuelle Betrachtung erwünschte
Prägnanz aufweist. Zudem sind die Folien im Verhältnis zu einfachen oder etwa chemisch
präparierten Papierfolien trotz der Möglichkeit der wiederholten Verwendung nach
dem Löschen der Aufzeichnungen verhältnismäßig unwirtschaftlich, was insbesondere
bei Apparaturen, die infolge langer Aufzeichnungszeiten einen großen Verbrauch an
Aufzeichnungsträgern aufweisen, erheblich ins Gewicht fallen kann; als Beispiel
seien elektromedizinische Anwendungsgebiete genannt.
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Bei einem direkt und trägheitsarm schreibenden Oszillographen mit
einem fortlaufenden, elektrolytisch beeinflußbaren Registrierband, welches zwischen
zwei mit ihm im Kontakt stehenden schneidenförmigen Elektroden hindurchläuft, die
senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet sind und sich über die gesamte Registrierbandbreite
erstrecken und von denen mindestens eine ein Widerstand ist und die andere als dessen
Gegenelektrode wirkt, mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Potential gefälles
zwischen den Elektroden an den Punkten ihrer Erstreckung durch Zuführung veränderlicher
elektrischer Potentiale an die Elektroden, werden erfindungsgemäß die die Potentialdifferenz
erzeugenden elektrischen Potentiale an beiden Enden des Widerstandes sowie an die
Gegenelektrode derart zugeführt, daß sich längs der Erstreckung der Elektrodenschneiden
zwischen Widerstand und Gegenelektrode, dem aufzuzeichnenden Vorgang entsprechend,
laufend eine Stelle gleichen elektrischen Potentials zwischen Widerstand und Gegenelektrode
ergibt, an welcher die elektrolytische Verfärbung des Registriermittels unterbleibt
und welche den zu markierenden Vorgang kennzeichnet.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
erläutert: In Fig. 1 stellt Rr einen elektrischen Widerstand dar. Ist der Widerstand
stromdurchflossen, so bestehen längs des Widerstandes verschiedene Potentiale z.
B. gegenüber dem - -Pol der Batterie als Nullpotential. Bei gleichbleibendem spezifischem
Widerstand über die ganze Länge besteht somit ein linear verlaufendes Potentialgefälle.
Gegenüber dem Widerstand ist eine Gegenelektrode angebracht. Bringt man diese mittels
einer positiven Vorspannung auf ein vorbestimmtes Potential, das wertmäßig innerhalb
der Potentiale am Widerstand Rr liegt, so bestehen über die ganze Länge des Widerstandes
bzw. der Gegenelektrode entsprechend verschiedene Potentialdifferenzen. An einer
ganz bestimmten Stelle der Erstreckung der Gegenelektrode herrscht die Potentialdifferenz
Null, nämlich da, wo das Potential an der zugeordneten Stelle des Widerstandes gleich
dem der Gegenelektrode ist.
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Zwischen dem Widerstand und der Gegenelektrode befindet sich nun
das Registriermittel, ein elektrochemisch veränderbarer Papierstreifen P. Wird das
Registriermittel zwischen den beiderseits anliegenden Elektroden, dem Widerstand
und der Gegenelektrode, hindurchgezogen, so wird es gemäß der Wirksamkeit der Potentialdifferenzen
elektrochemisch beeinflußt.
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Lediglich an der Stelle, wo keine Potentialdifferenz
besteht, erfolgt
keine solche Veränderung. Wird das Potential der Gegenelektrode geändert, z. B.
im Rhythmus der aufzuzeichnenden Vorgänge, so wird auch die Stelle, an der die Potentialdifferenz
(die Spannung) Null ist, in jedem Augenblick eine andere sein, d. h., der spannungslose
Punkt wandert auf dem Registriermittel quer zur Vorschubrichtung hin und her. Hierbei
ist vorausgesetzt, daß die Elektroden so ausgebildet sind, daß die Registrierung
auch praktisch punktförmig erfolgen kann: es muß wenigstens eine von ihnen über
ihre ganze Länge, d. h. über die Registrierbreite, Punkt für Punkt z. B. strichförmig
am Registriermittel anliegen, was sich durch entsprechende Formgebung, Schneidenausbildung
usw. dieser Elektrode erreichen läßt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 läßt weiter erkennen, wie mittels
einer Röhrenanordnung sehr leicht auch die Vorspannung der Gegenelektrode durch
den von der Reihenschaltung der Röhre Rö und dem Widerstand Ra erzielten Spannungsabfall
erzeugt werden kann, indem die Röhre Rö mit der Gegenelektrode M über die Leitung
B verbunden ist. Das Ganze stellt eine Brückenschaltung dar. Brückenschaltungen
sind an sich in den verschiedensten Varianten bekannt, so daß auf diese nicht weiter
eingegangen zu werden braucht; sie ist auch nicht Gegenstand der Erfindung.
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Zum Registriervorgang selbst ist noch folgendes zu bemerken. Durch
die elektrochemische Wirkung wird das Registriermittel verfärbt. Der Meßvorgang
wird dadurch registriert, daß seinem Verlauf entsprechend keine Verfärbung eintritt.
Bei Dunkelfärbung erhält man dann z. B. eine der normalen Farbtönung entsprechend
helle Kurve auf dunklem Untergrund. Ist das Registriermittel nur für eine Stromrichtung
empfindlich, so ist nur die unterhalb oder oberhalb der Kurve liegende Fläche verfärbt,
während die jenseits der Kurve liegende Fläche ungefärbt bleibt. Das beruht auf
der Tatsache, daß die Spannungsverteilungen zwischen Registrierwiderstand und Gegenelektrode
einer Kurve nach Fig. 2 entsprechen. Beim geradlinigen Verlauf ist vorausgesetzt,
daß der Widerstand des Registriermittels sehr groß ist. Besitzt dieses einen konstanten
Widerstand, so ändert sich die Spannungskurve, wie in der Figur gestrichelt dargestellt
ist. Es kann noch der Fall eintreten, daß der Widerstand des Registriermittels von
der anliegenden Spannung abhängig ist. Hierbei kann die Spannungskurve auch wie
die strichpunktierte Linie verlaufen.
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Jedoch können alle diese Umstände keine Verbreiterung der Kurve oder
gar eine Verformung bedingen, da der Verlauf der Spannungskurve beim Nulldurchgang
bei allen Amplituden praktisch linear ist. Die Schärfe bzw. Unschärfe ist vielmehr
durch die Empfindlichkeit des Registriermittels bedingt. Ihr entspricht in Fig.
2 die Strecke x-y, über der nach dem Nulldurchgang die Spannung den Wert erreicht
hat, bei dem die volle elektrochemische Verfärbung, z. B.
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Schwärzung des Registriermittels erreicht wird. Das wäre im Punkt
a der Fall. Eine höhere Spannung bedingt keine Schwärzungszunahme, da bei dieser
Spannung bereits die Sättigung der Schwärzung erreicht ist. Da die Empfindlichkeit
der bekannten chemischen Registriermittel verhältnismäßig groß ist, beträgt die
Unschärfe nur Bruchteile eines Millimeters und tritt somit nicht störend in Erscheinung.
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In Fig. 3 ist die Registriereinrichtung des erläuterten Ausführungsbeispiels
schematisch dargestellt.
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Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Meßgerät ist die untere Frequenzgrenze
zu registrierender Vorgänge
die Gleichstromkomponente. Die höchste
registrierbare Frequenz dürfte allein durch die erzielbare Relativgeschwindigkeit
bzw. die Schreibgeschwindigkeit begrenzt sein. Bei einer solchen von nur 10 m/sec
liegt die höchste registrierbare Frequenz schon bei etwa 10 Hz, wie etwa bei den
bekannten Grenzlinienverschiebungsverfahren. Kommt es lediglich auf eine Untersuchung
der Amplitude der Meßspannung an, so kann die obere Frequenzgrenze noch erweitert
werden, indem ein Gleichrichter verwendet wird, der nur die Scheitelspannung als
zu registrierende Meßgröße auf das Schreibgerät überträgt (zur direkten Aufnahme
von Frequenz-, Modulationskurven usw.).