-
Nach dem Verfahren der selbsttätigen Kompensation arbeitendes Meßgerät,
bei dem eine zu messende Spannung durch in Reihe geschaltete Teilspannungen kompensiert
wird Es ist bekannt, veränderliche elektrische Spannungen oder sonstige Meßgrößen
nach dem Kompensationsverfahren zu messen. Das Wesen dieses Verfahrens beruht darauf,
daß die Meßgleichspannung mit einer an einem Präzisionspotentiometer abgegriffenen
Kompensationsspannung über einen Zerhackerverstärker verglichen wird und bei Ungleichheit
dieser beiden Spannungen über den Verstärker ein Servomotor so lange im richtigen
Drehsinn bewegt wird, bis der mit dem Servomotor gekoppelte Potentiometerabgriff
die Stellung für den Nullabgleich der beiden Spannungen erreicht hat. Mit dem Potentiometerabgriff
verbunden ist eine Schreibfeder, die die Aufzeichnung des Meßwertes auf einem Schreibstreifen
ermöglicht.
-
Diese Kompensationsschreiber haben gegenüber einfachen Ausschlagzeigern
den Vorteil einer größeren Scbreibbreite und einer sehr viel höheren Anzeigegenauigkeit.
Sie finden auch Anwendung für die Aufzeichnung von Massenspektrogrammen. Für diesen
Zweck haben sie jedoch verschiedene Nachteile. Die Aufzeichnungsgeschwindigkeit
ist zunächst bei den bisherigen Geräten nur so hoch zu bringen, daß für die volle
Auslenkung der Schreibfeder über die Schreibbreite etwa 1 Sekunde benötigt wird.
Sodann macht das Durchlaufen eines Massenspektrogramms normalerweise die Umschaltung
der Schreibempfindlichkeit auf verschiedene Empfindlichkeitsstufen notwendig, weil
die Unterschiede zwischen den einzelnen Ionen strömen oft bis zu fünf Zehnerpotenzen
betragen. Die dann erforderliche Umschaltung auf andere Empfindlichkeitsstufen verlangsamt
weiterhin den Schreibvorgang. Aus diesem Grunde wird in den meisten Fällen bei der
Durchführung von Analysen mit dem Massenspektrometer die Verwendung eines Vierfachschleifenoszillographen
mit photogräphischer Registrierung vorgezogen, bei der die Lichtstrahlen von vier
verschieden empfindlichen Galvanometersystemen überlagernd auf den Schreibstreifen
geworfen werden. Auch bei der Temperaturmessung ist es häufig notwendig, einen so
großen Temperaturbereich zu erfassen, daß dafür ein einfacher Kompensationsschreiber
nicht mehr ausreicht.
-
Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von einem nach dem Verfahren
der selbsttätigen Kompensation arbeitenden Meßgerät aus, bei dem eine zu messende
Spannung durch in Reihe geschaltete, den Dezimalstellen der Maßzahl entsprechende
stufenweise veränderliche Teilspannungen kompensiert wird, die durch an Kontaktarmen
angebrachte Gleitkontakte von den Kontakten einer Anzahl von Dekadenwiderständen,
an denen im Dezimalverhältms zueinander stehende Spannungen liegen, abgegriffen
werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur Erzielung einer selbsttätigen
Einstellung eines jeden der Kontaktarme entsprechend dem durch eine Dezimalzahl
der Meßspannung ausgedrückten Meßwert der Kontaktarm jeder Dekade außer dem Kontakt
zum Abgreifen der stufenweise veränderlichen Teilspannung auf Kontakten eines zweiten
Schleifkontaktes liegt, der von einem der betreffenden Dekade parallel liegenden
Schleifwiderstand eine Spannung abgreift, die jeweils zwischen dem Wert der der
gerade eingestellten Stufe entsprechenden Teilspannung und der Spannung der nächsthöheren
Stufe dieser Dekade liegt, und daß für jede Dekade ein den Kontaktarm antreibender
Servomotor vorgesehen ist, der in einem Kreise liegt, welcher sowohl die Meßspannung
als auch die von der zugehörigen Dekadenstufe und die von dem diese Stufe folgenden
Schleifwiderstand abgegriffene, beide der Meßspannung entgegengeschalteten Spannungen
enthält, und der durch Verstellen des Kontaktarmes die Summe dieser entgegengerichteten
Spannungen selbsttätig auf Null abgleicht, womit gleichzeitig die Teilspannung einer
jeden Dekade auf einen Stufenwert eingestellt wird, welcher dem nach Abzug der in
der jeweils folgenden Dekade zu kompensierenden Teilspannungen verbleibenden Rest
ohne Überschreitung am nächsten kommt.
-
Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
-
Abb. 1 zeigt eine Aufzeichnung nach dem neuen Verfahren,
Abb.
2 ein Kompensationspotentiometer zur Durchführung des Meßverfahrens nach der Erfindung,
Abb. 3 eine Meßeinrichtung zur Anzeige von Meßgrößen in drei Dezimalstellen.
-
Die Aufzeichnung z. B. der Zahl 823 erfolgt nach dem neuen Registrierverfahren
auf einem fortlaufenden Schreibstreifen a beispielsweise in der in Abb. 1 dargestellten
Art. Dabei sind für drei aufeinanderfolgende Dezimalstellen - je zehn Schreibgriffel
b, c, d vorgesehen. Die Meßspannung M1 wird, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, nach
Verstärkung in einem Regelverstärker durch ein motorisch betriebenes Potentiometer
P1 auf Null abgeglichen, das den höchsten Meßbereich überstreicht, z. B. den Bereich
von 1 bis 10 Volt.
-
Der Schleifdraht dieses Potentiometers ist nicht durchgehend gewickelt,
sondern unterbrochen durch größere Kontaktbrücken f, die an die Abgriffe eines aus
zehn gleichen Präzisionswiderständen Ro bis R9 bestehenden Spannungsteilers führen
(Abb. 2). Das Potentiometer mit diesen Kontaktstreifen kann auf kleinsten Raum beschränkt
und kreisförmig ausgebildet werden, da der Potentiometerabgriff nicht gleichzeitig,
wie bei dem gewöhnlichen Kompensationsschreiber, auch den Schreibstift trägt. Die
Widerstandsdrahtwicklungen rO bis r9 auf diesem Potentiometer brauchen nicht präzise
mit einem linearen Widerstandsanstieg ausgeführt zu sein, sie haben vielmehr nur
den Zweck, einen kontinuierlichen Widerstandsübergang zwischen den einzelnen Kontaktstreifen
herzustellen. Sie sollen hochohmig sein gegenüber den Präzisionsfestwiderständen,
so daß die Potentiale der Kontaktstreifen genau definiert sind.
-
Beim Anlegen einer MeßspannungMl, z. B. 8,23 V, an das Schreibgerät
wird der Potentiometerschleifkontakt K1 durch den Servomotor A1 über die verschiedenen
Kontaktstreifen hinüber auf das Widerstandsstücl;R8 bewegt, das zwischen 8 und 9
V geschaltet ist. Die mit K1 abgegriffene Spannung von 8,23 V dient dabei zum Nullabgleich
des Servomotors.
-
Der Pontentiometerarm trägt außer dem Kontakt K noch die beiden Schleifkontakte
K2 und K3. Mit Kon -takt K2 wird in jedem eine Widerstandswicklung überdeckenden
Winkelbereich eine Spannung abgegriffen, die gleich der kleineren Endspannung der
betreffenden Widerstandswicklung R ist, in dem betrachteten Zahlenbeispiel also
eine Spannung von 8 V. Mit K wird ein Kontakt geschlossen, der in einem Kreise liegt,
welcher sowohl die Meßspannung als auch die von der zugehörigen Dekadenstufe und
die von dem dieser Stufe folgenden Schleifwiderstand abgegriffenen, beide der Meßspannung
entgegengeschalteten Spannungen enthält, und der durch Verstellen des Kontaktarmes
die Summe dieser entgegengerichteten Spannungen selbsttätig auf Null abgleicht,
womit gleichzeitig die Teilsparmung einer jeden Dekade auf einen Stufenwert eingestellt
wird, welcher dem nach Abzug der in der jeweiIs folgenden Dekade zu kompensierenden
Teilsp annung verbleibenden Rest ohne Überschreitung am nächsten kommt.
-
Die Differenz zwischen der mit K2 abgegriffenen Spannung von 8 V
und der Meßspannung an K1 von 8,23 V - in unserem Beispiel also 0,23 V - wird an
den Eingang eines zweiten Regelverstärkers V2 gelegt, der ein zweites, motorisch
betriebenes Potentiometer P2 zum Nullabgleich dieser Differenzspannung M2 bringt
und genauso ausgeführt ist wie das PotentiometerP1. An seinen Endklemmen liegt jedoch
nur ein Zehntel derjenigen Spannung, die am Potentiometer Pt liegt - im betrachteten
Bei-
spiel 1 V. In der gleichen Weise, wie das Potentiometer P1 die erste Dezimale
der EingangsmeßspannungMl aufzeichnet und eine Spannung abgibt, die nach Abzug von
der Ä'ileßspannung M1 die Eingangsspannung für den zweiten Dezimalverstärker liefert,
zeichnet das Potentiometer P die zweite Dezimale von 0.2 V auf und gibt eine Spannung
von 0,03 V ab, die nach Abzug von der Eingangsspannung M2 dieser zweiten Dezimalstufe
die Eingangsspannung M3 für einen dritten Dezimalverstärker mit Potentiometer liefert.
Man kann also auf diese Weise eine Reihe von Dezimalstufen hintereinander anordnen
und dadurch einen Meßwert in vielen Dezimalen durch ein einfaches Schreibsvstem
aufzeichnen bzw. Werte nebeneinander registrieren, die sich um viele Zehnerpotenzen
unterscheiden.
-
Die Vorteile des neuen Ddadenschreibers bestehen in der Möglichkeit
einfacher Registrierung von stark unterschiedlichen Meßwerten bzw. der sehr genauen
Registrierung eines Meßwertes, wobei die reine Registnergenauigkeit nur durch die
Anzahl der Dezimalstufen bedingt ist. Er hat eine schnelle Einstellgeschwinidigkeit
trotz Direktschreibung wegen der festen Schreibgriffel und kleinen Potentiometerabmessungen,
wodurch die bewegten Teile sehr trägheitsarm gehalten werden können. Kontaktstörungen
am Schleifdraht werden dadurch vermieden. daß die Stellung des Kontaktes auf dem
Schleifdraht unkritisch ist. Die Afteßwerte lassen sich unmittelbar ohne Ausmessung
ablesen. Dadurch ergibt sich eine Zeitersparnis bei der Auswertung. Es ist auch
eine einfache Zahlenanzeige, auch Fernanzeige, dadurch möglich, daß in den Stromkreis
der Schreibstifte Relais geschaltet werden, die den Meßwert direkt in Zahlen erscheinen
lassen oder auch die Zahlenwerte auf Registrierkarten drucken (z. B. bei elektrischen
Waagen).
-
Die Meßwerte lassen sich direkt in Rechenmaschinen oder Lochkartensystemen
zur automatischen Auswertung von Meßergebnissen (z. B. für spektrometrische Analysen)
einschalten.
-
Schließlich besteht die Möglichkeit der Anwendung als Mehrfachschreiber,
wenn verschiedene Meßwerte unabhängig voneinander aufgezeichnet werden sollen, wobei
eine geringe Genauigkeit der Aufzeichnung in Kauf genommen werden kann. Man kann
die Gesamtheit der Dezimalstufen in einzelne Gruppen unterteilen. So kann z. B.
ein Schreibsystem die Aufzeichiiung eines Meßwertes in vier Dezimalen durch eine
einfache Umschaltung auch für Aufzeichnung zweier unabhängiger Meßwerte in zwei
Dezimalen Anwendung finden. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht in dem geringen
Papierbedarf. Für die auf zwei bis drei Dezimalen genaue Aufzeichnung eines Meßwertes
mit einem normalen Kompensographen ist eine Papierbreite von 20 bis 30 cm notwendig.
Der Papierverbrauch und die durch die große Papierbreite bedingten Abmessungen des
Schreibers sind dementsprechend groß. Bei einem Dekadeuschreiber kann die Papierbreite
ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit für die Aufzeichnung von drei Dezimalen auf
wenige Zentimeter beschränkt bleiben, da es nur darauf ankommt, dreißig Striche
unterscheidbar nebeneinander anzuordnen. Der durch die Papierbreite bedingte mechanische
Aufwand für den Papiervorschub ist ebenfalls ,entsprechend geringer.
-
Es ist auch möglich, einen gewöhnlichen Kompensographen in seinem
Meßbereich dadurch zu erweitern, daß man eine oder mehrere Dekadenstufen ihm vorschaltet.
-
Das neue Dekadensystem kann sinngemäß auch in Verhindung mit nicht
elektrischen Kompensationsverfahren und Vorrichtungen Anwendung finden.